中性子干渉計

物理学において、中性子干渉計は中性子を回折できる干渉計であり、中性子の波動性やその他の関連現象を調査することができます。

干渉法は本質的に物体の波動性に依存します。ド・ブロイが博士論文で指摘したように、中性子を含む粒子は波のように振る舞うことができます（いわゆる波動粒子二重性、現在では量子力学の一般的な枠組みで説明されています）。個々の干渉計経路の波動関数はコヒーレントに生成され、再結合されるため、回折の動的理論を適用する必要があります。中性子干渉計はX線干渉計に対応しており、熱 中性子放射に関連する量や利点を研究するために使用されます。

1975年、ヴェルナーとオーバーハウザーは重力による中性子物質波の量子位相シフトを実証した。干渉計は、2つの経路が地球の重力場の異なる高さになるように配置された。干渉計は、異なる加速度による位相シフトを検出できるほど感度が高かった。^[1]位相シフトは、2つの経路に沿った時間の遅れの差から生じる。^[2]

X 線干渉計と同様に、中性子干渉計は通常、直径が 10 ～ 30 センチメートル以上、長さが 20 ～ 60 センチメートル以上の単一の大きなシリコン結晶から作られています。現代の半導体技術により、大きな単結晶シリコンブールを簡単に成長させることができます。ブールは単結晶なので、ブール内の原子はブール全体にわたって 1ナノメートルまたは 1オングストロームのわずかな数分の 1 以内で正確に整列しています。干渉計は、ベースによって完全に整列された 3 つのシリコン スライス以外をすべて削除することによって作成されます。(画像) 中性子は最初のスライスに衝突し、結晶格子からの回折によって2 つのビームに分離します。2 番目のスライスで中性子は再び回折し、2 つのビームが 3 番目のスライスに進みます。3 番目のスライスでビームが再結合し、建設的または破壊的に干渉して干渉計が完成します。 3 つのスライスを正確にオングストロームレベルで整列させなければ、干渉の結果は意味をなさないでしょう。

最初の中性子干渉計実験は 1980 年代に行われました。冷中性子を使った実験はもっと最近のものです。ごく最近になって、冷中性子と超冷中性子用の中性子干渉計が設計され、正常に動作しました。^[3]この場合の中性子光学部品は 3 つの格子で構成されます。これらは人工的にホログラフィックに生成されます。つまり、光中性子屈折ポリマーを照射する光光学 2 波干渉装置によって生成されます。このような実験では、機械的安定性とカウント率が非常に重要です。したがって、効率的で熱的および機械的に安定した光学デバイスが必要です。^[4]

• VF Sears,中性子光学、オックスフォード大学出版局 (1998)。
• H. Rauch および SA Werner、「中性子干渉測定法」、Clarendon Press、オックスフォード (2000)。