VI. Neutronová interferometrie cvičení KOTLÁŘSKÁ 9. DUBNA 2014 F4110 Kvantová fyzika atomárních soustav letní semestr 2013- 2014 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 LargeSetup schema z r. 1974 Mach-Zehnderův interferometr [USEMAP] 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 j L L H L L A B C D W [USEMAP] 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 j 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 [USEMAP] ruší se navzájem j 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 [USEMAP] ruší se navzájem j L L H L L A B C D W DF 9 Interferenční gravimetrie: jeden z prvních výsledků PictKatze 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] = 10-28 m2 běžné hodnoty pro elastický rozptyl 15 Ukázka parametrů: tabulka účinných průřezů barn [stodola] = 10-28 m2 běžné hodnoty pro elastický rozptyl 16 Ukázka parametrů: tabulka účinných průřezů barn [stodola] = 10-28 m2 běžné hodnoty pro elastický rozptyl kadmium absorbuje neutrony a slouží k řízení reaktoru bor absorbuje neutrony a emituje a částici; slouží k detekci neutronů 17 Periodický systém prvků a jejich izotopů h1019v1_36_5 18 Absorpční průřez přirozeného boru – odhad h1019v1_36_5 19 BF3 detektor neutronů reakce náboj 2e normální detekce neutron-detector-cad parts logo-main 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" Image92 24 Ke vzniku označení "optický potenciál" Image92 25 Ke vzniku označení "optický potenciál" Image92 sekundární rozptýlené vlny prošlá vlna (rozptyl vpřed) odražená vlna dopadající vlna KONSTRUKTIVNÍ 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 [USEMAP] 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 mikroskopickou makroskopickým 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 mikroskopickou makroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! celková potenciální energie ve vzorku ® efektivní konstantní pot. energie index lomu RoshdClip 20% Roschdestwenski kyvety pára prázdné 33 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie mikroskopickou makroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! celková potenciální energie ve vzorku ® efektivní konstantní pot. energie index lomu Image92 34 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie FromRauch Zasouváním klínu z hliníku narůstá dráhový rozdíl celková potenciální energie ve vzorku ® efektivní konstantní pot. energie index lomu PRVNÍ MĚŘENÍ TOHOTO TYPU mikroskopickou makroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! 35 Optický potenciál neutronů v PL: interferometrické měření Dlouhovlnné neutrony vnímají prostorovou střední hodnotu potenciální energie FromRauch Zasouváním klínu z hliníku narůstá dráhový rozdíl celková potenciální energie ve vzorku ® efektivní konstantní pot. energie index lomu PRVNÍ MĚŘENÍ TOHOTO TYPU mikroskopickou makroskopickým Interferenčním měřením indexu lomu najdeme rozptylovou délku b !!! 36 Ukázka skutečných hodnot o.k. 37 Ukázka skutečných hodnot UKÁZKA VÝPOČTU PRO HLINÍK hustota r = 2699 kg/m3 relativní atomová hmotnost A = 27 o.k. o.k. o.k. o.k. 38 Moderní přesné měření (NIST) interferometer setup to measure scattering Vyloučení justačních (geometrických) chyb • přesouvání vzorku mezi oběma cestami • natáčení po krocích ve sklonu a v azimutu 39 Vyloučení geometrických chyb 2a. Sample rotation and 2b. Sample tilt 40 Moderní přesné měření (NIST) interferometer setup to measure scattering Moderní přesné měření v NIST údaje pro křemík bnew = 4.1507(2) fm baccepted = 4.1490(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 0.005 %. 2.Statistical 0.001 %. 3.Alignment 0.0002 %. 4.Density 0.0001 %. The end