VI. Neutronová interferometrie cvičení KOTLÁŘSKÁ 3. DUBNA 2013 F4110 Kvantová fyzika atomárních soustav letní semestr

Rekapitulace a dokončení přednášky VI.

3 Schrödingerovy vlny – kvasiklasická aproximace Fresnelova aproximace fys. optiky … obvyklý způsob interpretace experimentů klasické trajektorie INDEX LOMU

4 Neutronová interferenční aparatura schema z r Mach-Zehnderův interferometr

5 Interferenční gravimetrie Zpravidla se vliv gravitace v kvantové mechanice zanedbává, jsou to malé síly. Kolik tak činí gravitační potenciál neutronu v poli Zemské tíže? S tímto výsledkem můžeme trajektorie vzít jako bez účinku gravitačního pole ruší se navzájem  L L H L L A B C D W

6 Interferenční gravimetrie Zpravidla se vliv gravitace v kvantové mechanice zanedbává, jsou to malé síly. Kolik tak činí gravitační potenciál neutronu v poli Zemské tíže? S tímto výsledkem můžeme trajektorie vzít jako bez účinku gravitačního pole L L ruší se navzájem  L L H L L A B C D W

7 Interferenční gravimetrie Zpravidla se vliv gravitace v kvantové mechanice zanedbává, jsou to malé síly. Kolik tak činí gravitační potenciál neutronu v poli Zemské tíže? S tímto výsledkem můžeme trajektorie vzít jako bez účinku gravitačního pole ruší se navzájem  L L H L L A B C D W

8 Interferenční gravimetrie Zpravidla se vliv gravitace v kvantové mechanice zanedbává, jsou to malé síly. Kolik tak činí gravitační potenciál neutronu v poli Zemské tíže? S tímto výsledkem můžeme trajektorie vzít jako bez účinku gravitačního pole L L plocha obemknutá drahami měníme natáčením ruší se navzájem  L L H L L A B C D W 

9 Interferenční gravimetrie: jeden z prvních výsledků osa natáčení je vodorovná COW experiment … Collela, Overhauser, Werner

Šíření neutronů v nemagnetických látkách

11 Interakce neutronů s hmotou neutron jádro bodově kontaktní interakce experiment potvrzuje čistě isotropní rozptyl (stejný ve všech směrech). To je signatura krátkodosahového rozptylového potenciálu FERMIHO PSEUDOPOTENCIÁL rozptylová délka z experimentu Konstanty jsou nastaveny tak, že již v Bornově aproximaci

12 Interakce neutronů s hmotou neutron jádro bodově kontaktní interakce experiment potvrzuje čistě isotropní rozptyl (stejný ve všech směrech). To je signatura krátkodosahového rozptylového potenciálu FERMIHO PSEUDOPOTENCIÁL rozptylová délka z experimentu Konstanty jsou nastaveny tak, že již v Bornově aproximaci

13 Interakce neutronů s hmotou neutron jádro bodově kontaktní interakce experiment potvrzuje čistě isotropní rozptyl (stejný ve všech směrech). To je signatura krátkodosahového rozptylového potenciálu FERMIHO PSEUDOPOTENCIÁL rozptylová délka z experimentu Konstanty jsou nastaveny tak, že již v Bornově aproximaci geometrický stín

14 Ukázka parametrů: tabulka účinných průřezů barn [stodola] = m 2 běžné hodnoty pro elastický rozptyl

15 Ukázka parametrů: tabulka účinných průřezů barn [stodola] = m 2 běžné hodnoty pro elastický rozptyl

16 Ukázka parametrů: tabulka účinných průřezů barn [stodola] = m 2 běžné hodnoty pro elastický rozptyl kadmium absorbuje neutrony a slouží k řízení reaktoru bor absorbuje neutrony a emituje  částici; slouží k detekci neutronů

17 Periodický systém prvků a jejich izotopů

18 Absorpční průřez přirozeného boru – odhad

19 BF 3 detektor neutronů reakce náboj 2 e normální detekce

Optický potenciál neutronů v nemagnetických látkách

21 Optický potenciál neutronů v PL Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie OPTICKÝ POTENCIÁL celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie hustota atomů polohy jednotlivých atomů

22 Optický potenciál neutronů v PL Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie OPTICKÝ POTENCIÁL celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie hustota atomů polohy jednotlivých atomů

23 Ke vzniku označení "optický potenciál"

24 Ke vzniku označení "optický potenciál"

25 Ke vzniku označení "optický potenciál" sekundární rozptýlené vlny prošlá vlna (rozptyl vpřed) odražená vlna dopadající vlna KONSTRUKTIVNÍ INTERFERENCE DESTRUKTIVNÍ INTERFERENCE KONSTRUKTIVNÍ INTERFERENCE

26 Optický potenciál neutronů v PL Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu

27 Optický potenciál neutronů v PL Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu

Interferometrické měření rozptylových délek

29 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu

30 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu

31 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie mikroskopickoumakroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu

32 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie mikroskopickoumakroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu Roschdestwenski kyvety pára prázdné

33 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie mikroskopickoumakroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu

34 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie Zasouváním klínu z hliníku narůstá dráhový rozdíl celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu PRVNÍ MĚŘENÍ TOHOTO TYPU mikroskopickoumakroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!!

35 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie Zasouváním klínu z hliníku narůstá dráhový rozdíl celková potenciální energie ve vzorku  efektivní konstantní pot. energie index lomu PRVNÍ MĚŘENÍ TOHOTO TYPU mikroskopickoumakroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!!

36 Ukázka skutečných hodnot o.k.

37 Ukázka skutečných hodnot UKÁZKA VÝPOČTU PRO HLINÍK hustota  = 2699 kg/m3 relativní atomová hmotnost A = 27 o.k.

38 Moderní přesné měření (NIST) Vyloučení justačních (geometrických) chyb přesouvání vzorku mezi oběma cestami natáčení po krocích ve sklonu a v azimutu

39 Vyloučení geometrických chyb

40 Moderní přesné měření (NIST) Moderní přesné měření v NIST údaje pro křemík b new = (2) fm b accepted = (10) fm Uncertainty level is at 0.005%, an improvement of a factor of 5 over previous best measurement [C.G. Shull and J.A. Oberteuffer, Phys. Rev. Lett. 29, 867 (1972); also C.G. Shull, Phys. Rev. Lett. 21, 1585 (1968)]. Sources of uncertainty: 1.Variations in the thickness D amounting to %. 2.Statistical %. 3.Alignment %. 4.Density %.

The end