當前位置:首頁>科技>用多層鏡子實現中子干涉:一種新的物質性質探測方法
發布時間:2025-10-22閱讀(5)
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中子是一種沒有電荷的基本粒子,它可以從原子核中釋放出來,形成一束中子束。中子束可以像光一樣,通過一些光學元件,比如棱鏡、透鏡、反射鏡等,來改變它的方向、形狀和相位。如果我們把一束中子束分成兩束,讓它們沿著不同的路徑傳播,然后再讓它們重合,我們就可以觀察到一種叫做干涉的現象。 如果我們在兩束中子波的路徑上放一些物質,比如金屬、氣體或液體,它們會對中子波產生一些影響,比如吸收、散射或折射,這些影響會改變中子波的波長、相位和強度,從而改變干涉條紋的圖案。通過測量干涉條紋的變化,我們就可以得到一些關于物質的信息,比如它的密度、結構、磁性等等。中子干涉儀就是這樣一種利用中子的波粒二象性的裝置,它可以把一束中子分成兩條路,然后再合并起來,形成干涉條紋。 傳統的中子干涉儀是用硅單晶做的,它是利用硅晶格的衍射效應來分割和合并中子的。硅單晶的缺點是它的尺寸很小,只有幾厘米,而且它只能用在連續中子源上,因為它需要很高的中子通量。而用多層鏡子做的中子干涉儀就沒有這些限制,它可以做得很大,有幾十厘米,而且它可以用在脈沖中子源上,因為它可以選擇想要的中子波長和方向。這樣就可以提高中子干涉儀的靈敏度和效率,而且可以測量更多的物理量。 多層鏡子是一種由很多層不同材料交替堆疊的薄膜,它可以反射一定波長的中子,就像一個鏡子一樣。多層鏡子的反射率和反射角度取決于薄膜的厚度和材料的性質,所以可以通過調節這些參數來選擇想要的中子波長和方向。
最近發表的一篇論文就是用多層鏡子做了一個中子干涉儀,然后用脈沖中子源測量了不同材料的中子-核散射長度。這個實驗的原理很簡單,就是用兩個多層鏡子來分割和合并中子,然后在兩條路線上放不同的樣品,觀察干涉條紋的變化。這樣就可以測量樣品對中子的相位差,從而得到中子-核散射長度。中子-核散射長度是描述中子和原子核之間散射強度的一個參數,它和原子核的結構和性質有關,是一種基本的物理常數。 他們測量了四種樣品的中子-核散射長度,分別是硅,鋁,鈦和釩。他們發現,硅,鋁和鈦的結果都和文獻值很接近,而釩的結果卻有很大的差異,比文獻值大了45%。他們認為,這可能是因為以前的實驗用的釩樣品有一些雜質,導致了中子-核散射長度的誤差。他們還指出,他們的實驗還有一些系統誤差,比如中子波長的不確定性,樣品的純度和厚度的不確定性等等。如果能夠減小這些誤差,他們的實驗就可以達到更高的精度。這個實驗的意義是很大的,它展示了一種新的中子干涉儀的設計和應用,它可以用多層鏡子來代替硅單晶,可以用脈沖中子源來代替連續中子源,可以提高中子干涉儀的靈敏度和效率。 |
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