NEUTRON-INTERFERENCIA neutron : Sokkal rövidebb a fényhullámnál sokkal nagyobb mechanikai stabilitás kell.

Az előadások a következő témára: "NEUTRON-INTERFERENCIA neutron : Sokkal rövidebb a fényhullámnál sokkal nagyobb mechanikai stabilitás kell."— Előadás másolata:

1 NEUTRON-INTERFERENCIA neutron : Sokkal rövidebb a fényhullámnál sokkal nagyobb mechanikai stabilitás kell

2 Interferométer: élesen definiált útkülönbségek hullámfront-osztás (Young-féle kétrés-interferencia): lehet, de nem praktikus amplitudó-osztás (Mach-Zehnder, Michelson)! röntgenre: Bonse-Hart 1964 neutronra: Rauch-Bonse-Hart 1974 óta rengeteg alkalmazás A fő építőkocka: nyalábosztó (beamsplitter) a  Si egykristály: erős „Bragg-reflexió” a kristálysíkok rendszeréről, ha teljesül a „Bragg-feltétel”: Vastag kristályban oda-vissza megy a reflexió, mint az inga („Pendellösung”: Ewald 1916) 50μm egy fordulópontnál elvágva, a visszavert és a továbbmenő nyaláb egyenlő erős: 50-50 %-os nyalábosztó!

3 Az eredmény, mint fekete doboz: 1 1 t 1 t r r Persze az egész tükrözés- szimmet- rikus: így a két bemenet tetszőleges szuperpoziciójának átvitele a két kimenet szuperpoziciójába leírható egy ilyen szimmetrikus mátrixszal: r: reflexiós amplitúdó t: transzmissziós amplitúdó amely azonban nemcsak szimmetrikus, hanem unitér is, amiből következik, hogy r/t imaginárius: a reflektált amplitúdó fázisa ±π/2-vel különbözik az átmenő amplitúdóétól! Bonse-Hart-Rauch Si egykristály háromfülű interferométer

4 destruktív (kioltó) interferencia Jelzi az elnyelő jelenlétét, anélkül, hogy elnyelődött volna: ”KÖLCSÖNHATÁS-MENTES MÉRÉS”

5 Egy forgatható fázistoló beillesztésével változtatható fáziskülönbséget hozhatunk létre a két ág között (a négyfülűben könnyebben elfér):

6 arányú abszorpciót és fázistolást okozó tárgyat: a detektoron megjelenő intenzitás Helyezzünk be egy Az interferencia „láthatósága” (VISIBILITY):

7 Helyettesítsük az elnyelőt egy Fizeau-féle forgó megszakítóval (chopperrel) (Rauch és Summhammer 1987), amely az idő hányadában átereszti, (1- ) hányadában elnyeli a neutront! Az időátlagolt jel -en: Az ehhez tartozó láthatóság: Mivel, így teljesül, ezért ez a láthatóság kisebb, mint az elnyelő anyagminta esetén. Magyarázat: a megszakítási időszakban tudjuk, hogy a neutron csak a másik úton mehetett; ez az út-információ (részecske-szerű tulajdonság!) csökkenti le az interferenciaképességet (hullám-szerű tulajdonság), a komplementaritási elvnek megfelelően. Visszajön az interferencia, ha a megszakító nagyon gyorsan forog! Miért?

8 Mi történik, ha valamilyen anyagot a neutron útjába teszünk? A neutronok szóródnak a magokon: A mag kicsike: s-szórás a szórási hossz, általában pozitív (pl. Bi), néha negatív (pl. Ti) effektív Born-közelítés: Fermi-féle pszeudopotenciál Ezt átlagoljuk N/V sűrűségű, rendezetlen eloszlású szórócentrumokra: Ilyen átlagos mélységű potenciálgödörként hat a közeg a neutronra, a fő hatás: megváltozik a hullámhossza TÖRÉSMUTATÓ! OPTIKAI MODELL

9 Mit is jelent a törésmutató? vákuumban, a közegben DE tömeges részecskére ezért, amiből Fázistolás? D vastag, n „törésmutatójú” anyagon áthaladva: vákuumban, a közegben

10 Hát az abszorpció miből lesz? Ha b-nek imaginárius része is van, akkor n komplex, ami elnyelésnek felel meg (Landau-Lifsic III, § 142) Fázistolás? D vastag, n „törésmutatójú” anyagon áthaladva: Még egy izgalmas hatás: a hullámcsomag eltolása λ-függő: a hullámcsomag szét is folyik b előjele szerint mindkét irányú lehet KÍSÉRLET %

11 Bi Eltolt hullámcsomagok: nincs interferenciajel Bi Ti Visszatolja: visszajön az interferenciajel „FÁZIS-EKHÓ” Clothier,…,Rauch…1991 Spektrális szűrés (Bragg) kiszélesíti a hullámcsomagot, visszahozza az interferenciát b<0b<0 b>0b>0 „ UTÓSZELEKCIÓ ”

12 A dolog nem ilyen egyszerű: a hullámcsomagon belül a rövid hullámok előreszaladnak, a hosszúak hátramaradnak; ennek fontos szerepe van a szétcsúszott hullámcsomagok interferencia-vesztésében (Kaiser, Werner, George; Klein, Opat, Hamilton)

13 NEUTRON-INTERFERENCIA SPINFORGATÁSSAL az interferometria érzékeny módszer gyenge erők, kis energiakülönbségek mérésére, amelyek közvetlenül nem észlelhetők, de jól mérhető fáziseltolásokat okoznak: gravitáció 1 m magasságkülönbségre szilárd anyagbeli átlagpotenciál 1 T mágneses tér Neutronra ezek mind nagyságrendű energiaeltolódást okoznak, ami interferométerben jól mérhető.

14 Hogyan forog a spin? Larmor-precesszió: pl. ténylegprecesszió: Ugyanez síkhullámokkal (Mezei 1988), amelyek L utat tesznek meg z irányú, B erősségű mágneses térben: Ebből fázistolás lesz:, mert L/v=t Itt a Larmor-precesszió! de: erős térben Stern-Gerlach

15 x a felső ágon: az alsó ágon: a detektorba a kettő összege jut: a két ortogonális spinállapot egymással nem interferál: a detektor az intenzitások összegét mutatja, ami a következő fólián látható: bejövő spin-polarizáció x irányban

16 4π szerint periodikus spinor-fázis !!! Badurek et al, PRD 14, 1177 (1976)

17 Badurek, Rauch, Tuppinger: PRA 34, 2600 (1986) Időfüggő neutronspin-szuperpozició kettős rezonancia Oszcilláló mágneses térben energiaátadás = fázismoduláció Mi történik? Elmélet a következő oldalon z Helmholtz- tekercsekkel stabilizálva

18 a forgatás operátora Térjünk át forgó koordinátarendszerre: Legyen Δt=π: „π-pulzus”, akkor ez Mi van végül is a kísérletben? Rezonáns kölcsönhatás a szolenoiddal Δt ideig: használd ki, hogy

19 Megjelent a rádiófrekvenciás oszcillátor klasszikus fázisa, mint a neutron hullámfüggvényének kvantummechanikai fázisa! Ha a két szolenoidot kétféle frekvenciával hajtjuk meg, az interferométer kimeneténél a két ág lebegése jelenik meg: digitális frekvenciaszintetizátorok energiában ez őrületes pontosság, fázisban normális Bonyolultabb kombinációk: Summhammer et al., PRL 75, 3206 (1995) Összefoglaló: Golub et al., Am.J.Phys. 62, 779 (1994 szeptember)

20 Fermion-korrelációk neutronokra quant-ph/0509131 Koincidenciák kizárása a Pauli-elv miatt (Róma, Perugia, Bari) és még egy website a bécsiek cikkeivel: www.ati.ac.at/~sekr/hr_publications.html