هنگامی که یک پرتوی معمولی از نوترون ها به توری سیلیکون تیم حمله می کند ، میلیون ها خط به ثمر رساندند که بر روی توری ها نوترون ها را به یک پرتوی هوایی تبدیل می کنند ، که موج موج آن در یک مسیر پارابولیک حرکت می کند. شکل های مثلثی در ردیاب با رفتار پیش بینی شده یک پرتوی هوایی مطابقت دارد و شواهدی از موفقیت تیم ارائه می دهد.
اعتبار: N. Hanacek/Nist
در ابتدا فیزیک ، تیمی از جمله دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) راهی برای ایجاد تیرهای نوترون در منحنی ایجاد کرده اند. این تیرهای هوایی (نامگذاری شده برای دانشمند انگلیسی جورج هوایی) ، که تیم با استفاده از یک دستگاه ساخته شده سفارشی ایجاد کرده است ، می تواند توانایی نوترونز را برای آشکار کردن اطلاعات مفید در مورد مواد اعم از داروهای دارویی گرفته تا عطرها گرفته تا سموم دفع آفات افزایش دهد-تا حدودی زیرا تیرها می توانند در اطراف موانع خم شوند.
مایکل هوبر ، یکی از نویسندگان مقاله ، گفت: “ما مدتی در مورد این الگوهای موج عجیب و غریب خود می دانیم ، اما تاکنون هیچ کس آنها را با نوترون ساخته نشده است.” “این یک روش کاملاً جدید برای کنترل پرتوهای نوترون باز می شود ، که می تواند به ما در دیدن مواد داخل یا کشف برخی از سؤالات بزرگ در فیزیک کمک کند.”
مقاله ای که این یافته ها را اعلام می کند امروز ظاهر می شود نامه های بررسی فیزیکیبشر این تیم توسط دانشگاه در Dusan Sarenac بوفالو هدایت شد و همكاران مؤسسه محاسبات كانتومی (IQC) در دانشگاه واترلو در كانادا دستگاه سفارشی را ساختند كه به ایجاد پرتو هوایی کمک می كرد. این تیم همچنین شامل دانشمندان دانشگاه مریلند ، آزمایشگاه ملی اوک ریج ، مؤسسه پل شایرر سوئیس و مرکز علوم نوترون در آلمان در هاینز مایر-لیبنیتز زنتروم است.
علاوه بر پیروی از مسیرهای پارابولا شکل ، تیرهای هوایی به روش های دیگری رفتار می کنند که می تواند از شهود سرپیچی کند. برخلاف یک پرتوی چراغ قوه معمولی ، آنها هنگام مسافرت گسترش نمی یابند. آنها حتی توانایی “خود درمانی” را دارند ، به این معنی که اگر یک مانع بخشی از پرتو را مسدود کند ، بقیه پرتو پس از عبور از مانع ، شکل اصلی خود را بازسازی می کنند.
در حالی که سایر تیم های تحقیقاتی تیرهای هوایی را از ذرات دیگر – مانند فوتون یا الکترون – ایجاد کرده اند – نوترون های در پرتوهای هوایی دشوارتر است. لنزها برای خم شدن آنها ناتوان هستند و از آنجا که نوترون ها هیچ هزینه ای ندارند ، میدان های الکتریکی روی آنها تأثیر نمی گذارد. تیم به یک رویکرد جدید احتیاج داشت.
بنابراین محققان یک آرایه پراش پراش را ساخته اند-مربعی از سیلیکون در مورد اندازه سر پاک کن مداد و با خطوط ریز به ثمر رساند. این خطوط ، که در بیش از شش میلیون مربع قرار گرفته اند ، یک میکرومتر در سراسر و در مسافت های دقیق از یکدیگر جدا شده اند ، می توانند یک پرتوی معمولی از نوترون ها را به یک پرتوی هوایی تقسیم کنند.
در حالی که ایده خراش دادن یک قطعه سیلیکون در اصل ساده است ، و فهمیدن چگونگی ترتیب خراش برای تولید پرتوی هوایی چیزی جز این بود.
همکار دیمیتری پورین ، دانشکده IQC و استاد دانشگاه واترلو گفت: “سالها کار ما طول کشید تا ابعاد صحیح برای آرایه را بفهمیم.” “ما فقط حدود 48 ساعت برای حک کردن توری در مرکز نانوذرات دانشگاه واترلو به دانشگاه واترلو نیاز داشتیم ، اما قبل از آن سالها از زمان آماده سازی یک دوره پس از دکتری طول کشید.”
هوبر گفت ، پرتوهای هوایی نوترون می توانند به امکانات تصویربرداری نوترون کمک کنند تا بهتر ببینند. آنها به افزایش وضوح اسکن یا ایجاد نقاط مختلف کانونی کمک می کنند تا از نزدیک به قسمت های خاصی از اشیاء نگاه کنند و تکنیک های تصویربرداری متداول مانند پراکندگی نوترون و پراش نوترون را بهبود بخشند.
هوبر گفت ، یکی از جالب ترین امکانات ، یافتن راه هایی برای ترکیب یک پرتوی هوای نوترونی با نوع دیگری از پرتوهای نوترون است.
Sarenac گفت: “ما فکر می کنیم ترکیب تیرهای نوترون می تواند سودمندی پرتوهای هوایی را گسترش دهد.” “اگر کسی می خواهد تیرهای هوایی متناسب با برخی از فیزیک یا کاربردهای مواد داشته باشد ، می تواند تکنیک های ما را تغییر داده و آنها را بدست آورد.”
به عنوان مثال ، دانشمندان ممکن است یک پرتوی هوای نوترون را با یک ترکیب کنند موج مارپیچ نوترون، که تیم یاد گرفت که یک دهه پیش ایجاد کند. قرار دادن این دو پرتو به دانشمندان این امکان را می دهد تا یک ماده اصلی یک ماده را کشف کنند-ویژگی ای که اغلب به عنوان “دستکاری” توصیف می شود ، جایی که یک مولکول دارای دو شکل آینه ای است که می تواند خاصیت چشمگیری داشته باشد.
یک روش بهتر برای کشف و توصیف کایرالیت می تواند توسعه مولکول های کایرال با خصوصیات و کارکردهای خاص را تسهیل کند ، به طور بالقوه صنایع مانند داروسازی ، علوم مواد و تولید شیمیایی را متحول می کند. به عنوان مثال ، بازار جهانی داروهای کایرال از 200 میلیارد دلار سالانه فراتر می رود و تکنیک های کاتالیز کایرال زیربنای تولید بسیاری از محصولات شیمیایی است.
برای محاسبات کوانتومی و سایر برنامه های الکترونیکی برش مانند Spintronics نیز از نظر اهمیت در حال رشد است.
هوبر گفت: “کایرالیت یک ماده می تواند بر نحوه چرخش الکترونها تأثیر بگذارد ، و ما می توانیم از الکترونهای قطبی چرخشی برای ذخیره و پردازش اطلاعات استفاده کنیم.” “کنترل آن همچنین می تواند به ما در دستکاری در شکل هایی که بلوک های ساختمانی رایانه های کوانتومی را تشکیل می دهند ، کمک کند. تیرهای هوایی نوترون می توانند به ما در کشف مواد با این قابلیت ها به مراتب مؤثرتر کمک کنند.”
مقاله: D. Sarenac ، O. Lailey ، Me Henderson ، H. Ekinci ، CW Clark ، DG Cory ، L. Debeer-Schmitt ، MG Huber ، JS White ، K. Zhernenkov و Da Pushin. تولید تیرهای نوترون هوایی. نامه های بررسی فیزیکی. منتشر شده به صورت آنلاین 17 آوریل 2025. doi: 10.1103/PhysRevlett.134.153401بشر
Source link