Нейтроны в гравитационном поле Земли позволяют проверить модели темной энергии и темной материи

Рис. 1. Схема эксперимента по наблюдению квантовых уровней энергии нейтронов в гравитационном поле Земли

Рис. 1. Схема эксперимента по наблюдению квантовых уровней энергии нейтронов в гравитационном поле Земли. Ультрахолодные нейтроны влетают в узкий зазор между плитой и поглотителем и, подпрыгнув несколько раз, долетают до счетчика нейтронов. Если высота прыжков составляет доли миллиметра, эти прыжки описываются уже не классической, а квантовой физикой. Измеряя поток нейтронов в зависимости от ширины зазора, можно обнаружить квантование нейтронного движения по вертикали. Схема из статьи Thomas J. Bowles, 2002. Quantum physics: Quantum effects of gravity

Десять лет назад было экспериментально доказано, что за счет силы тяжести лежащие на подложке ультрахолодные нейтроны обладают квантовыми уровнями энергии, наподобие электронов в атоме. Совсем недавно физики научились перебрасывать нейтроны между этими энергетическими уровнями. И вот сейчас нейтронная спектроскопия в гравитационном поле позволила получить результаты космологического масштаба, касающиеся некоторых экзотических теорий темной материи и темной энергии.

Свойства микроскопических частиц описываются квантовой механикой, и одно из ключевых свойств этого описания — квантование энергии частиц. Микроскопические частицы в компактных стационарных состояниях могут иметь не любую энергию, а занимать только определенные энергетические уровни. Положение этих уровней на шкале энергий, их свойства, их связь друг с другом зависят от конкретной микроскопической системы. Частицы могут перескакивать с уровня на уровень, под действием внешних резонансных воздействий или самопроизвольно, поглощая или испуская при этом порции энергии, равные разнице между уровнями. Спектроскопия — или детектирование таких перескоков — позволяет аккуратно измерить положение уровней энергии и тем самым разобраться с внутренним устройством квантовой системы.

Уровни энергии есть у электронов в атомах или молекулах и у частиц во внешних электрических и магнитных полях. В подавляющем большинстве случаев частицы перебрасываются с уровня на уровень с помощью переменного электромагнитного поля. Это может быть поглощение оптического фотона, воздействие радиоволнами или переменным магнитным полем. Всё это является основой для обычной оптической (в широком смысле) спектроскопии. Уровни энергии бывают также у атомных ядер и даже отдельных элементарных частиц. Там они возникают за счет сильного взаимодействия, а их измерением занимается ядерная или адронная спектроскопия.

В начале 2000-х годов квантование уровней энергии было экспериментально продемонстрировано еще в одном, довольно необычном, случае — для ультрахолодных нейтронов в поле тяжести Земли. Нейтрон со скоростью порядка несколько метров в секунду хорошо отражается от обычного твердого вещества. Поэтому если его, условно говоря, «положить» на горизонтальную плиту, то он будет находиться в потенциальной яме, ограниченной снизу отражающей плитой, а сверху — потенциальной энергией. В этой потенциальной яме у нейтрона будут квантованные уровни энергии с энергиями порядка пикоэлектронвольта (в триллионы раз меньше, чем энергии электронов в атоме). Эти уровни энергии и были впервые зарегистрированы в 2001 году.

Общая схема таких экспериментов показана на рис. 1. Источник испускает ультрахолодные нейтроны под разными углами. Специальный ограничитель отбирает только те нейтроны, которые летят в определенном направлении и попадают точно в зазор между двумя горизонтальными пластинами. Нижняя пластина работает как зеркало для нейтрона, верхняя — как поглотитель. Эта система ограничивает движение нейтронов по вертикали, но не по горизонтали, поэтому влетевшие нейтроны, слегка попрыгав по поверхности, пролетают установку насквозь и попадают в нейтронный счетчик. Изучая, как меняется поток нейтронов при изменении ширины зазора, можно получить их распределение по вертикали и тем самым проверить, насколько оно соответствует квантовым уровням нейтронов в гравитационном потенциале.

После того как наличие уровней энергии продемонстрировано, следующий шаг — научиться перебрасывать нейтроны между разными уровнями энергии (рис. 2). Эта методика, названная гравитационной резонансной спектроскопией нейтронов, была продемонстрирована совсем недавно, в 2011 году. Подробный рассказ о той работе см. в новости Проведена спектроскопия квантовых уровней нейтронов в гравитационном поле Земли, «Элементы», 01.07.2011.

Рис. 2. Квантовые состояния нейтронов в потенциальной яме

Рис. 2. Квантовые состояния нейтронов в потенциальной яме, образованной двумя плитами с зазором 30 микрон и гравитационным полем Земли. По горизонтали отложена высота над нижней плитой; разноцветные волнообразные графики — волновые функции нейтронов на разных энергетических уровнях. Переходы между разными уровнями энергии показаны в правой части иллюстрации. Изображение из обсуждаемой статьи

Методика такой гравитационной спектроскопии кардинально отличается от обычных оптических спектроскопических исследований. Во-первых, на нейтроны здесь действуют чисто механические, а не электромагнитные, силы (отражение от плиты и гравитационное поле). Поэтому перебрасывать нейтроны нужно не электромагнитными волнами, а такими же механическими колебаниями. Существенно изменять гравитационное притяжение к Земле физики, конечно, не умеют, поэтому остается единственный способ — вибрация плиты на специально подобранной частоте.

Во-вторых, величиной, которая отслеживается в ходе эксперимента, является по-прежнему поток нейтронов. В обычной спектроскопии мы можем либо регистрировать излученные фотоны, либо отслеживать поглощение фотонов системой. Здесь это сделать не получится — слишком слабо влияние нейтронных переходов на механическую систему, слишком малую вибрацию сами нейтроны создают. Вместо этого была взята верхняя пластина с очень шершавой поверхностью, которая сильно рассеивала нейтроны (рис. 3). Как видно на рис. 2, первые два уровня нейтронов локализованы на высоте 10–20 микрон над нижним зеркалом и до верхней пластины практически не достают. Эти уровни энергии распространялись в зазоре почти без рассеяния: сколько нейтронов запустили, примерно столько их и регистрировал счетчик на выходе. Более высокие уровни энергии, начиная с третьего, уже соприкасались с верхней стенкой и поэтому эффективно рассеивались в зазоре. Такие уровни энергии до детектора не долетали. Поэтому, когда в зазор запускался поток нейтронов, а частота совпадала с резонансной, детектор регистрировал провал интенсивности (см. рис. 3 в новости Проведена спектроскопия квантовых уровней нейтронов в гравитационном поле Земли, «Элементы», 01.07.2011). Это чем-то напоминает линии поглощения в оптической спектроскопии, только тут пропадают из поля зрения не переносчики сил (фотоны), а сами объекты, которые поглощают внешнее воздействие.

Рис. 3. Схема зазора в эксперименте

Рис. 3. Шершавая верхняя пластина рассеивает соприкасающиеся с ней нейтроны и тем самым уменьшает проходящий поток нейтронов при перебрасывании на верхние энергетические уровни. Рисунок из статьи T. Jenke et al., 2011. Realization of a gravity-resonance-spectroscopy technique

Нынешняя работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, сообщает о дальнейшем развитии этой методики и о ее первом применении для изучения фундаментальных свойств нашего мира — проверки экзотических теорий темной энергии и темной материи.

На рис. 4 показан «спектр поглощения» в области частот от нуля и почти до 900 Гц. По вертикали на этом графике отложен коэффициент прохождения нейтронов; единица означает, что нейтроны проходят свободно, провал вниз отвечает переброске нейтронов в верхние состояния энергии. По результатам измерения были обнаружены следующие резонансные переходы: 1→3 при 539 Гц, 2→4 при 680 Гц, а также каскадная переброска 1→2→3 в окрестности 280 Гц. У всех этих линий есть естественная размытость по частоте, вызванная тем, что нейтроны пролетают установку насквозь за 20–30 мс.

Рис. 4. Пропускная способность вибрирующего зазора в зависимости от частоты вибрации

Рис. 4. Пропускная способность вибрирующего зазора в зависимости от частоты вибрации. Пониженная пропускная способность означает, что нейтроны перебрасываются на верхние энергетические уровни и пропадают из поля зрения датчика. Изображение из обсуждаемой статьи

Все эти числа согласуются с теоретическими расчетами на уровне лучше 1%. Если бы на нейтроны действовала какая-то новая фундаментальная сила, сдвигающая их уровни энергии хотя бы на несколько процентов, она была бы зарегистрирована. Тот факт, что всё сходится с расчетами, означает, что новые силы, даже если и существуют, не могут быть слишком велики. В духе поисков эффектов за пределами Стандартной модели, характерных для физики элементарных частиц, факт ненаблюдения отклонений позволяет установить ограничения сверху на силу таких гипотетических взаимодействий.

В статье рассматривались два конкретных варианта экзотических сил, которые, в принципе, допускаются современной физикой и могли бы действовать на нейтроны. Первый — это так называемое хамелеонное скалярное поле, предложенное в 2004 году в качестве возможного объяснения темной энергии — некоторой субстанции, которая приводит к ускоряющемуся расширению Вселенной. Хамелеонным это поле было названо потому, что его свойства словно мутируют в зависимости от материального окружения, от того, в какой именно среде мы изучаем вызванные этим полем силы. В вакууме оно может быть дальнодействующим безмассовым полем, ощущаемым по всей Вселенной, но в плотном веществе Земли оно может стать довольно короткодействующим, с радиусом влияния порядка миллиметра. Обычно все лабораторные эксперименты по проверке закона Ньютона проводятся в вакууме, и там это поле не отличишь от обычной гравитации; поэтому-то эта гипотеза находится пока в согласии с лабораторными измерениями. Однако поле оказывает нетривиальное воздействие на свободные нейтроны, слегка модифицируя потенциальную яму, в которой они находятся, а значит, и слегка сдвигая их уровни энергии.

В новой работе отсутствие этого сдвига позволило наложить ограничение на силу связи нейтронов с хамелеонным полем (рис. 5). Это ограничение оказалось на 5 порядков лучше, чем то, что удавалось получить до сих пор в атомной спектроскопии. Готовящийся сейчас эксперимент GRANIT позволит еще сильнее ограничить параметры этой экзотической модели.

Рис. 5. Ограничение на параметры теорий с хамелеонным полем, полученные в новой работе

Рис. 5. Ограничение на параметры теорий с хамелеонным полем, полученное в новой работе (линия, помеченная как GRS), по сравнению с ограничениями, установленными ранее. По вертикали отложен логарифм силы связи нейтронов с новым полем, по горизонтали — степенной показатель, характеризующий потенциал поля. Изображение из обсуждаемой статьи

Второй тип новых сил, которые тоже могли бы сдвинуть уровни энергии нейтронов, связан с одним из кандидатов в темную материю — легкими аксионами. Аксионы уже давно ищут в разных экспериментах (см., например, новость Эксперимент CROWS по поиску гипотетических сверхлегких частиц дал отрицательный результат, «Элементы», 06.11.2013). Ничего необычного пока не найдено, и эти отрицательные результаты закрывают значительную область свободных параметров аксионных теорий. Однако они пока не исключают эти модели полностью. С точки зрения нейтронов, такие аксионы могли бы приводить к отклонению от закона Ньютона на масштабах меньше миллиметра, причем к такому отклонению, которое зависит от спина нейтрона. Для того чтобы его заметить, нейтроны должны быть поляризованы, иначе эффект от аксионного взаимодействия смажется.

Эти силы тоже удалось проверить в новой работе. Для этого вся установка была помещена в однородное магнитное поле напряженности 1 Гаусс, которое и поляризовало поток нейтронов. Измерения их уровней энергии проводились для двух противоположных направлений поля, и если бы аксионы оказывали заметный эффект, экспериментаторы наблюдали бы смещение резонансных частот при перевороте магнитного поля. Этого обнаружено не было, из чего также было получено ограничение сверху на величину связи гипотетических аксионов с нейтронами.

Напоследок полезно еще раз подчеркнуть два аспекта этой работы. Во-первых, в очередной раз подтверждается мысль, что аккуратные измерения очень тонких лабораторных эффектов позволяют сделать выводы, касающиеся устройства всей Вселенной. В частности, в описанной работе измерения нейтронов позволили ограничить экзотические модели темной энергии и темной материи. Во-вторых, нейтроны в этом исследовании играют особую роль. В отличие от заряженных частиц и от нейтральных атомов, ультрахолодные нейтроны практически не чувствуют «обычных» сил, вызванных межатомным взаимодействием или электрическим полем. Это помогает нейтронам чувствовать другие силы — гравитацию и гипотетические «пятые силы». Именно поэтому уже первые измерения спектроскопии нейтронов в гравитационном поле позволили получить ограничения, превосходящие возможности обычной атомной спектроскопии.

Источник: T. Jenke et al., Gravity Resonance Spectroscopy Constrains Dark Energy and Dark Matter Scenarios // Physical Review Letters 112, 151105 (2014); статья также доступна как е-принт arXiv:1404.1903 [gr-qc].

См. также:
1) Проведена спектроскопия квантовых уровней нейтронов в гравитационном поле Земли, «Элементы», 01.07.2011.
2) В. В. Несвижевский. Приповерхностные квантовые состояния нейтронов в гравитационном и центробежном потенциалах // УФН 180, 673 (2010).

Игорь Иванов


26
Показать комментарии (26)
Свернуть комментарии (26)

  • Preguntador  | 25.04.2014 | 13:07 Ответить
    Здравствуйте. Спасибо, как всегда интересно.

    (1) Хотелось бы кое-что уточнить (правильно ли я понимаю):
    вибрация в данном случае сообщает сообщает нейтронам энергию (у нейтрона растёт потенциальная энергия), в следствие чего после соударения с нижней платиной нейтрон поднимается на большую высоту. Соответственно, на резонансной частоте множество нейтронов получает достаточную энергию, чтобы перейти но больший уровень.
    Всё так?

    (2) Реально ли подобным образом понизить уровень? (Вибрация верхней пластины?) Если, конечно, этот вопрос не является нетривиальным.

    (3) И ещё возник один вопрос, не относящийся напрямую к теме статьи.

    "Существенно изменять гравитационное притяжение к Земле физики, конечно, не умеют, поэтому остается единственный способ — вибрация плиты на специально подобранной частоте."

    1) А несущественно умеют?
    2) А, скажем, крайне тяжёлый материал (например, что-нибудь из нижней части таблицы Менделеева) с той или иной стороны от установки не могло бы дать нужное изменение? А "тонкую настройку" воздействия обеспечивать за счёт изменения расстояния.
    Ответить
    • PavelS > Preguntador | 25.04.2014 | 14:22 Ответить
      По п.2. Я полагаю что даже если вибрировать нижней пластиной, то нейтроны будут как резонансно получать энергию, так и резонансно отдавать - т.е. будут также переходить и вниз и вверх, и так пока вероятность пребывания вверху и внизу не сравняется - т.е. будут занимать все возможные состояния с равной вероятностью - что и есть по сути рост термодинамического хаоса (после такой процедуры нет возможности сказать где будет нейтрон), т.е. рост энтропии и нагрев на уровне квантового описания. Т.е. звуковая волна нагревает нейтроны, нейтроны поглощают звук и греются (причем нагрев тут понимается не как переход на более высокий уровень, а именно размазывание по всем уровням). Другое дело, их на уровне 3 в установке нет, я так понял что вход ультрахолодный. Или я неверно понял.

      Да, я так понимаю, сделать поток нейтронов "только уровень 3" пока что не получается - так что с ним нет возможности проводить исследования. А вот нагревать холодную систему где только уровни 1-2 в более горячее состояние - это можно.
      Ответить
    • Игорь Иванов > Preguntador | 25.04.2014 | 15:30 Ответить
      1) да, можно так сказать
      2) реально. Если вы уроните шарик на вибрирующую подложку, он может подпрыгнуть как ниже, так и выше. В квантовом случае аналогично — просто под действием вибрации появляется связь между разными уровнями и открываются все возможные переходы. Средняя интенсивность переходов зависит от населенности этих уровней.
      3) несущественно, конечно, могут, помахав тяжелой гантелькой поблизости. Но только амплитуда связи будет такой безумно слабой, что за время пролема сквозь установку нейтроны не успеют возбудиться и перескочить.
      Ответить
      • Preguntador > Игорь Иванов | 25.04.2014 | 22:32 Ответить
        Благодарю за разъяснения
        Ответить
      • Aab > Игорь Иванов | 25.04.2014 | 23:00 Ответить
        А может скорость пролёта нейтронов быть уменьшена ещё более?
        Ответить
        • Игорь Иванов > Aab | 26.04.2014 | 02:38 Ответить
          Для этого нужно либо добиться, чтоб источник выпускал еще более холодные нейтроны, либо отбирать только те нейтроны, которые летят почти вверх и там уже, на большой высоте, их и вертикальная и горизонтальная скорости были бы малы. Но тогда поток будет очень низкий.
          Ответить
          • Aab > Игорь Иванов | 27.04.2014 | 19:55 Ответить
            Получение ещё более холодных нейтронов возможно?
            Ответить
            • Игорь Иванов > Aab | 05.05.2014 | 00:40 Ответить
              На уровне источника может быть и можно, я подробностей не знаю. Но если и можно, то лишь немного. Но я написал второй вариант (после слова «либо»), только там будет уже мизерный выход нейтронов.
              Ответить
              • Aab > Игорь Иванов | 11.05.2014 | 10:01 Ответить
                Я хотел узнать, какие есть резервы. Спасибо Вам за ответ.
                Ответить
  • PavelS  | 25.04.2014 | 14:25 Ответить
    Я вижу маленький участочек, где наблюдается усиление на 10% исходного сигнала. Нельзя ли прояснить с чем это связано? Может, это как раз "охлаждающая" частота?
    Ответить
    • Игорь Иванов > PavelS | 25.04.2014 | 15:23 Ответить
      Экспериментальные точки в пределах 1 сигма, так что никаких указаний на эффект нет. Кривая — это результат фитирования данных, в котором среди свободных параметров есть интенсивности начального потока в верхних состояниях. Видимо, на некоторой частоте может получиться так, что вибрации скорее переведут верхние состояния в нижние, чем наоборот.
      Моя фраза «Начальный поток состоял на 70% из первого и на 30% из второго состояния», оказывается, неправильная — эти числа относятся к конечному потоку, что доказывает, что третье и выше состояния эффективно поглощаются. Начальный поток был в разных состояниях.
      Ответить
  • yuriT  | 25.04.2014 | 16:47 Ответить
    Честно говоря, рисунок 4 не создает впечатления, что из него можно сделать выводы с точностью до пары процентов. Уж больно там велики допуски, а сами закономерности не такие уж и явные.
    Но это так, в порядке общего брюзжания не-специалиста ;-)
    Ответить
    • Игорь Иванов > yuriT | 25.04.2014 | 17:43 Ответить
      Ну, там довольно мелкий шаг по частотам, порядка 20 Гц. Взяв несколько таких точек, пусть и большими усами по вертикали, можно их профитировать линиями, и тогда погрешность определения _центрального положения_ линии вполне получается несколько Гц. А это и есть 1% от самой частоты.
      Ответить
  • Angl  | 25.04.2014 | 16:55 Ответить
    1 Гаусс вроде маленькое поле, может 1 Тл?
    Ответить
    • Игорь Иванов > Angl | 25.04.2014 | 17:36 Ответить
      Поле там 100 микроТесла, и пишут, что этого было достаточно для поддержания хорошей поляризации нейтронов на всем пролете через установку. В таком поле расщепление уровней нейтрона будет порядка 10 пэВ, и это больше, чем уровни энергии в грав. поле.
      Ответить
    • тоже университеты заканчивал > Angl | 25.04.2014 | 22:00 Ответить
      1 Тл = 10 000 гаусс
      Ответить
  • Keen  | 25.04.2014 | 17:08 Ответить
    Спасибо за интересную новость. Скажите, Игорь, а не накладывает ли этот эксперимент существенных ограничений на размер свернутых дополнительных пространственных измерений, которые, в случае наличия, могут приводить к отклонению от закона Ньютона на микроскопических масштабах?
    Ответить
    • Игорь Иванов > Keen | 25.04.2014 | 17:39 Ответить
      Это зависит от того, что именно в эти доп. измерения пролетает. Если только гравитация (как обычно считается), то прямого ограничения нет, т.к. уровни энергии определяются гравитацией Земли, а она далеко. Для этой задаче, конечно, намного лучше подходят эксперименты с крутильными маятницами, где закон Ньютона проверен до десятков микрон.
      Ответить
  • kosta1968  | 25.04.2014 | 18:21 Ответить
    #на нейтроны здесь действуют чисто механические, а не электромагнитные, силы (отражение от плиты и гравитационное поле)#
    Отражение от плиты разве не электромагнитной природы? И если нет, то какой?
    Ответить
    • Игорь Иванов > kosta1968 | 25.04.2014 | 18:25 Ответить
      Ядерной, это совокупное когерентное взаимодействие очень длинноволнового нейтрона с большим количеством ядер. Но важно, что при таких малых энергиях от «ядерной сущности» этого взаимодействия ничего не остается, т.к. рассеяние описывается всего лишь одним числовым параметром. Получается просто общее выталкивание из среды.
      Ответить
  • SysAdam  | 26.04.2014 | 08:35 Ответить
    А детектор гравитационных волн можно из такой установки сделать?
    Ответить
    • Игорь Иванов > SysAdam | 05.05.2014 | 00:41 Ответить
      Сделать-то можно, только очень сомневаюсь, чтоб он был конкуретноспособен с обычными лазерными.
      Ответить
  • anothereugene-2  | 26.04.2014 | 08:36 Ответить
    Спасибо, очень интересно.

    > Во-первых, на нейтроны здесь действуют чисто механические, а не электромагнитные, силы (отражение от плиты и гравитационное поле). Поэтому перебрасывать нейтроны нужно не электромагнитными волнами, а такими же механическими колебаниями.

    1) Возбуждают нейтроны параметрически потому, что все электромагнитные эффекты связаны со спином нейтрона, и при попытке их как-либо использовать произойдет дополнительное спиновое расщепление уровней, которого в этом эксперименте хотелось бы избежать?

    2) Любопытно, но никак не связано с этим экспериментом. Если адроны не вполне элементарны и состоят из пространственно разделенных кварков, то, наверное, у них существуют и внутренние возбужденные состояния с различными орбитальными моментами этих кварков?
    Ответить
    • Игорь Иванов > anothereugene-2 | 05.05.2014 | 00:46 Ответить
      1) если поляризовать все нейтроны, то расщепление уже не так важно, и можно было бы перекидывать и неоднородным магнитным полем (неоднородность должна быть на масштабе десятков микрон). Но зачем, если можно просто механическ перекидывать?

      2) Да, конечно, но только в физике частиц принято такие состояния называть новыми частицами. А так в спектре адронов есть настоящие s, p, и т.д. уровни. Правда, они иногда сильно перемешиваются.
      Ответить
  • nicolaus  | 27.04.2014 | 07:26 Ответить
    Я понимаю физику процесса, который описан в статье, следующим образом. На мой взгляд, энергия сама по себе не квантуется. Квантуется произведение энергии на время - квантуется действие. Если рассматривать переход нейтронов с одного уровня на другой, то здесь, видимо, идет речь об скачкообразном увеличении скорости нейтрона (или импульса) за счет взаимодействия с плитой. Величина взаимодействия зависит от энергии, которую может отдать плита нейтрону в единицу времени. Чем выше частота, чем больше энергия. Скорость нейтрона можно измерить измеряя высоту баллистической траектории нейтрона в гравитационном поле. В данной установке высота баллистической траектории измеряется за счет изменения зазора между плитами, и поглощения в общем потоке части нейтронов, имеющих верхний участок траектории выше зазора между плитами.

    Если переходить к квантовой физике, то здесь, видимо, необходимо писать не о траектории, а о вероятности нахождения нейтрона на какой либо высоте над пластиной. Например, вероятность нахождения вблизи верхней пластины в момент его отражения от нижней пластины приближается к нулю. В верхней точке траектории можно говорить, что нейтрон находится на определенном энергетическом уровне в гравитационном поле. При этом нейтрон должен пролететь некоторое время от момента отражения от нижней пластины для момента, когда он достигает точки с максимальной высотой траектории. За счет чего получается величина – энергия умноженная на время, которая квантуется – т.е. действие.

    Две пластины, установленные с зазором, можно рассматривать как механический резонатор для движущегося нейтрона, на котором можно зафиксировать спектр колебаний нейтрона, связанный с его волновой функцией. По видимому, из параметров этого спектра можно извлечь информацию о гравитационном поле, поскольку одной из «пружин» маятника, действующих на нейтрон при его движении является гравитационная сила. Для этой установки необходимо, чтобы верхняя пластина была гладкой, как и нижняя, а детектор нейтронов следует разделить по вертикали на две части, чтобы можно было измерять как общий поток нейтронов, так и разность потока нейтронов, летящих на выходе резонатора вверх и вниз. Это в качестве рац. предложения.

    В такой трактовке физика процесса измерения для меня понятнее.
    Ответить
    • anothereugene-2 > nicolaus | 27.04.2014 | 09:30 Ответить
      Скорее всего там длина волны де-Бройля нейтронов сильно больше расстояния между плитами. Так что, классические представления о точечных частицах неприменимы совершенно. Энергия квантуется в том смысле, что волновая функция нейтрона оказывается по вертикали зажатой в потенциальной яме, у которой к тому же скошено дно за счет наклона гравитационного потенциала в сторону нижней плиты. Сооветственно, вертикальное движение этих нейтронов между плитами квантовано, причем, нижние квантовые уровни этого осциллятора оказываютися в углу ямы вблизи нижней плиты и вернюю плиту не чувствуют. А собственные функции начиная с третьего уровня уже касаются верхней плиты и, поэтому взаимодействуют с её механическим движением.

      Именно это и нарисовано в статье на рис. 2. Там только не нарисованы сами плиты, которые расположены на расстоянии 30 микрон. Нижние два уровня до верхней плиты не доходят.
      Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»