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Les scientifiques recréent les propriétés de la lumière dans des particules fondamentales neutres appelées neutrons

Pour la première fois dans l’histoire expérimentale, des chercheurs de l’Institut d’informatique quantique (IQC) ont créé un dispositif qui génère des neutrons torsadés avec un instant cinétique orbital bien défini. Auparavant considérée comme une impossibilité, cette réalisation scientifique révolutionnaire offre aux chercheurs une toute nouvelle voie pour étudier le développement de matériaux quantiques de nouvelle génération avec des programs allant de l’informatique quantique à l’identification et à la résolution de nouveaux problèmes de physique fondamentale.

« Les neutrons sont une sonde puissante pour la caractérisation des matériaux quantiques émergents, motor vehicle ils présentent plusieurs caractéristiques uniques », a déclaré le Dr Dusan Sarenac, associé de recherche à l’IQC et responsable system, Transformative Quantum Technologies à l’Université de Waterloo. “Ils ont des longueurs d’onde de la taille d’un nanomètre, une neutralité électrique et une masse relativement importante. Ces caractéristiques signifient que les neutrons peuvent traverser des matériaux que les rayons X et la lumière ne peuvent pas traverser.”

une conception de dispositif utilisant des neutrons n’a jamais été démontrée jusqu’à présent. En raison de leurs caractéristiques distinctes, les chercheurs ont dû construire de nouveaux appareils et créer de nouvelles méthodes pour travailler avec les neutrons.

Au cours de leurs expériences, le Dr Dmitry Pushin, IQC et membre du corps professoral du Département de physique et d’astronomie de Waterloo, et son équipe ont construit des constructions de réseau de silicium microscopiques en forme de fourche. Ces dispositifs sont si minuscules que dans une zone de seulement, 5 cm sur, 5 cm, il y a plus de 6 thousands and thousands de réseaux de period de dislocation de fourche individuels. Lorsqu’un faisceau de neutrons uniques traverse cet appareil, les neutrons individuels commencent à s’enrouler dans un motif en tire-bouchon. Après avoir parcouru 19 mètres, une image des neutrons a été capturée à l’aide d’une caméra à neutrons spéciale. Le groupe a observé que chaque neutron s’était étendu à une signature en forme de beignet de 10 cm de big.

Le motif en anneau des neutrons propagés indique qu’ils ont été placés dans un état hélicoïdal spécial et que les dispositifs de réseau du groupe ont généré des faisceaux de neutrons avec un moment cinétique orbital quantifié, la première réalisation expérimentale de ce kind.

“Les neutrons ont été populaires dans la vérification expérimentale de la physique fondamentale, en utilisant les trois degrés de liberté facilement accessibles  : le spin, la trajectoire et l’énergie”, a déclaré Pushin. “Dans ces expériences, notre groupe a permis l’utilisation du minute cinétique orbital dans les faisceaux de neutrons, ce qui fournira essentiellement un degré de liberté quantifié supplémentaire. Ce faisant, nous développons une boîte à outils pour caractériser et examiner les matériaux complexes nécessaires à la prochaine génération. de dispositifs quantiques tels que des simulateurs quantiques et des ordinateurs quantiques.”

L’article Réalisation expérimentale des ondes hélicoïdales de neutrons par Sarenac, Pushin et des collaborateurs de l’Université de Waterloo, du Nationwide Institute of Expectations and Know-how et du Oak Ridge Countrywide Laboratory a récemment été publié dans la revue Science Improvements. La recherche a été financée par TQT, une initiative du Fonds d’excellence en recherche Apogée Canada. Des dispositifs expérimentaux ont été créés dans le Quantum Nano Fabrication and Characterization Facility de l’Université de Waterloo.