НЕЙТРОНООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ВРАЩЕНИЯ СПИНА
В НЕЦЕНТРОСИММЕТРИЧНОМ КРИСТАЛЛЕ

В.В. Воронин, Е.Г. Лапин, С.Ю. Семенихин, В.В. Федоров

Обнаружен нейтронооптический эффект вращения спина в нецентросимметричном кристалле кварца.

Суть эффекта заключается в том, что при прохождении через нецентросимметричный кристалл в направлениях, далеких от брэгговских (разница в углах Брэгга для разных отражающих плоскостей составляет 10⁴ - 10⁵ брэгговских ширин), нейтрон, тем не менее, может оказаться в сильном внутри-кристаллическом электрическом поле. Это поле E_sum, действующее на проходящий нейтрон, зависит от его энергии и направления распространения в кристалле. Оно резко возрастает при их приближении к брэгговским значениям. Швингеровское взаимодействие магнитного момента с этим полем приводит к вращению спина нейтрона в кристалле. Угол поворота определяется выражением

,

где L - толщина кристалла, v - скорость нейтрона. Расчеты показали, что для кристалла кварца величина угла может достигать » 2·10-⁴рад/см при величине электрического поля, действующего на нейтрон, E_sum » 10⁵ B/cм, когда отклонение от точного условия Брэгга » 10³ брэгговских ширин.

Это явление можно использовать для измерения электрических полей нецентросимметричных кристаллов. Возникает своего рода новая спиновая нейтронография кристаллографических плоскостей, для которых существует ненулевое электрическое поле. Заметим, что такие эксперименты имеют очень высокую светосилу, поскольку интенсивность проходящего пучка нейтронов на много порядков выше интенсивности продифрагировавших пучков.

Общий вид экспериментальной установки QUARTZ для наблюдения описанных выше эффектов приведен на рис.1

Рисунок 1. Общий вид экспериментальной установки QUARTZ

На рис.2 показан пример экспериментальной зависимости величины Dj_s от длины волны падающего нейтрона. Эта зависимость имеет ярко выраженный резонансный характер. Эффект обращается в нуль вблизи значений длин волн, соответствующих брэгговским резонансам (отмеченным пунктирными линиями для плоскостей с ненулевым электрическим полем).

Рисунок 2. Спектральная зависимость эффекта вращения спина нейтрона в кристалле кварца

Сплошная кривая - расчетная зависимость, полученная усреднением по энергиям нейтронов в интервале, который задается разрешением установки. Энергетическим разрешением эксперимента определяется максимальная величина эффекта. Справа на оси ординат отложена соответствующая величина электрического поля E_sum , действующего на нейтрон. Следует отметить, что практически во всем изучаемом диапазоне длин волн присутствует эффект на уровне ± 5·10^-5 рад/см, и величина электрического поля, действующего на нейтрон, достигает » 10⁵ В/см.

Таким образом, нейтронооптические спиновые эффекты при прохождении нейтрона через нецентросимметричный кристалл наблюдаемы даже тогда, когда дифракции нет и дифракционные пучки отсутствуют, т.е. при направлениях движения (или энергиях) нейтрона, удаленных от брэгговских на 10³ - 10⁵ брэгговских ширин.

Обнаруженное явление неубывания электрического поля при значительном отклонении от условия Брэгга связано с тем, что поля от различных кристаллографических плоскостей складываются при определенных условиях, и суммарное поле оказывается существенно больше, чем вклад от одной плоскости.

Рассматриваемые явления могут представить интерес в связи с возможностью их использования для поиска электрического дипольного момента нейтрона [1]. Также возможно их применение для поиска нарушения Т-инвариантности в сильных взаимодействиях (т.е. поиска "сильного" или "ядерного" дипольного момента нейтрона) при движении нейтрона с энергией, близкой к энергии нейтронного P-резонанса для какого-либо из ядер в нецентросимметричном кристалле [2].

[1] V.V. Fedorov, E.G. Lapin, S.Yu. Semenikhin, V.V. Vo-ronin, Physica B: Physics of Condensed Matter 297 (2001) 293-298.
[2] V.G. Baryshevsky, J.Phys. G: Nucl. Part. Phys. 23 (1997) 509-515.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33