Нейтронная интерферометрия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Нейтронная интерферометрия - раздел нейтронной оптики, методич. основой к-рого является измерение разности фаз интерферирующих нейтронных волн. Нейтронные интерферометры (НИ) - прецизионные приборы, в к-рых осуществляется пространств. разделение исходного пучка нейтронов, как правило, на два когерентных пучка I и II и их последующее совмещение. При этом интенсивность I результирующего пучка связана с разностью фаз Df волновых функций y_I и y_II пучков I и II соотношением:

Из (1) видно, что любое воздействие на нейтрон, приводящее к изменению фазы волновой функции в одном из пучков, может быть зарегистрировано по изменению интенсивности I.

Так же как и в обычной оптике, различают НИ с пространственным и амплитудным делениями волнового фронта (см. Интерферометры). В интерферометрах с пространств. делением волнового фронта исходный пучок с волновым фронтом w делится на 2 фрагмента W₁ и W₂ (рис. 1, а). Интерференц. картину можно регистрировать, измеряя распределение интенсивности в области их суперпозиции. При изменении разности фаз Df между пучками происходит такое перераспределение интенсивности, что интерференц. картина смещается на величину D, пропорциональную Df. Примерами таких НИ являются: бипризменный НИ (аналог интерферометра Френеля) и двухщелевой НИ (аналог интерферометра Юнга). В приборах такого типа необходимо обеспечить высокую степень пространств. ко-герентности освещающего пучка, т. к. интерферируют разл. участки W₁ и W₂ исходного волнового фронта w. Это приводит к необходимости использовать узкую апер-турную щель S, что предопределяет низкую светосилу прибора.

Рис. 1. Схематическое изображение нейтронных интерферометров с пространственным (a) и амплитудным (б) делением волнового фронта.

В интерферометрах с амплитудным делением волнового фронта (рис. 1,б) из исходной волны W с помощью когерентного делителя BS₁ (напр., частично отражающего элемента) получают 2 волны W' и W'' с одинаковыми волновыми фронтами. Эти волны совмещают в устройстве BS₂, обычно подобном BS₁. В результате суперпозиции двух фронтов возникает интерференц. полоса бесконечной ширины. При изменении Df возникает модуляция интенсивности I выходящего пучка.

Рис. 2. Нейтронный интерферометр из монокристалла Si, стрелка указывает направление кристаллографической оси [220].

Большинство НИ предназначено для тепловых нейтронов (длина волны l_n ~ 2

). Малость l_n приводит к значит. отличиям НИ от оптических. Наиб. широкое распространение получили НИ на совершенных монокристаллах, использующих механизм брэгговской дифракции для когерентного деления пучков (см. Дифракция нейтронов). Примером может служить интерферометр Ш-образной формы (рис. 2), к-рый вырезается из монокристалла (как правило, из Si). Величина пространств. разделения интерферирующих пучков в этих приборах достигает 2 см. Особенностью таких НИ является принципиальное ограничение на l_n - l_n >= d_c, где d_c - постоянная кристаллич. решётки, а их размеры ограничиваются технологией выращивания совершенных монокристаллов.

Переход к НИ больших размеров, способных работать с нейтронами сколь угодно больших l_n, возможен, если использовать в качестве делителя и совместителя дифракц. решётки. Они осуществляют пространств. модуляцию амплитуды или фазы волновой функции нейтрона, что приводит к образованию распространяющихся под разными углами когерентных нейтронных волн (рис. 3). Из-за действия силы тяжести нейтроны двигаются по параболам, а дифракц. решётки должны быть расположены горизонтально.

Рис. 3. Схема нейтронного интерферометра для очень медленных нейтронов; Д₁, Д₂, Д₃, Д₄ - дифракционные решётки.

НИ позволяют чрезвычайно точно измерять нейтронный показатель преломления n образца, помещённого в одно из плеч прибора. Возникающая при этом разность фаз определяется выражением:

где k - волновое число, d - толщина образца. Величина n связана с длиной когерентного рассеяния нейтронов на атомных ядрах (см. Нейтронная оптика, Нейтронография структурная). Измерение длины когерентного рассеяния важно для изучения природы взаимодействия нейтронов с ядрами.

С помощью НИ выполнен ряд опытов, позволивших продемонстрировать справедливость нек-рых выводов квантовой механики: спинорный характер волновой функции фермиона (нейтрона), влияние на интерференцию нейтронных волн неинерциальности системы координат. Проверено на опыте равенство инертной и гравитационной массы нейтрона (эквивалентности принцип)и др.

Литература по нейтронной интерферометрии

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.