Snoede neutroner ser dagens lys

Et nyt eksperiment udført af en amerikansk-canadisk forskergruppe viser partikel-bølge dualiteten, som er et bærende princip inden for kvantemekanikken, på en helt ekstrem måde.

I en artikel i Nature beskriver en forskergruppe ledet af Dmitry Pushin fra University of Waterloo i Canada, hvordan de har givet neutroner et såkaldt ‘orbital angular momentum (OAM)’ - det betyder populært sagt, at de har snoet bølgebevægelsen for neutronerne.

Andre forskere har tidligere eksperimenteret med at sno forskellige former for elektromagnetiske bølger, da dette giver mulighed for at øge datahastigheden over forskellige kommunikationskanaler.

Snoning af neutroner er en bemærkelsesværdig præstation i sig selv, mener Robert Boyd fra University of Ottawa, Canada, der kommenterer eksperimentet i en anden artikel i Nature.

Han tilføjer, at der også kan tænkes anvendelser af snoede neutroner med orbital angular momentum i forbindelse med kvanteinformation eller imaging. Han formulerer det på denne måde:

»OAM-neutroner kan dristigt finde vej til steder, hvor andre kvantepartikler aldrig har været.«

Dmitry Pushin forklarer selv, at eksperimentet er et første skridt, og det er umuligt endnu at sige, hvor anvendelse af teknikken kan få betydning.

Sådan bliver neutronerne snoet

Forskerne tager en strøm af neutroner med lav hastighed (kolde neutroner) fra en kernereaktor. De benytter en 20 MW forsøgsreaktor i Gaithersburg i USA:

De sender neutronerne gennem en lille sprialformet aluminiumplade.

Under denne proces vil bølgefronten, der passerer gennem de tyndeste dele af pladen, forsinkes i forhold til bølgefronten, der går gennem de tykkere dele.

Derved får neutronstrålebundet et orbital angular momentum. Teknikken minder meget om den måde, hvorpå man gøre noget tilsvarende for radiobølger.

Det interessante ved eksperimentet er, at intensiteten af neutroner i eksperimentet er meget lav (ca. 10 neutroner pr. sekund), så neutronerne passerer enkeltvis gennem pladen - og neutronen i processen interfererer med sig selv.

Bølgelængden, der er knyttet til neutronerne i dette eksperiment, er 0,271 nm - svarende til en energi på 11 meV.