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


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  • 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 moment 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 applications 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, car ils présentent plusieurs caractéristiques uniques », a déclaré le Dr Dusan Sarenac, associé de recherche à l’IQC et responsable technique, 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. »

    Alors que les méthodes de production expérimentale et d’analyse du moment cinétique orbital dans les photons et les électrons sont bien étudiées, 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 structures de réseau de silicium microscopiques en forme de fourche. Ces dispositifs sont si minuscules que dans une zone de seulement 0,5 cm sur 0,5 cm, il y a plus de six millions de réseaux de phase 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 large.

    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 type.

    « 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 moment 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 National Institute of Standards and Technology et du Oak Ridge National Laboratory a récemment été publié dans la revue Science Advances. 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.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Waterloo. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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