2.4. Вращение спина нейтрона, проходящего через нецентросимметричный кристалл

При прохождении нейтронов через нецентросимметричный кристалл в направлениях, далеких от брэгговских (разница в углах Брэгга для разных отражающих плоскостей составляет » (10⁴ - 10⁵) брэгговских ширин), может возникать эффект вращения спина нейтрона за счет взаимодействия с межплоскостным электрическим полем отражающих плоскостей кристалла.

Электрическое поле, действующее на проходящий нейтрон, можно представить в виде:

где - сдвиг фазы между g-гармониками ядерного и электрического потенциалов кристалла, E - энергия падающего нейтрона, и - энергии нейтрона в состояниях K и K+g, соответственно. Разность -описывает отклонение от условия Брэгга в энергетических единицах. Швингеровское взаимодействие с этим полем приводит к повороту спина нейтрона на угол

где L - толщина кристалла, v - скорость нейтрона. Расчеты, сделанные нами, показали, что величина угла поворота спина проходящего нейтрона может достигать (10^-3 - 10^-4) рад/см, а величина электрического поля, действующего на проходящий нейтрон, Esum @ 10⁶ B/cм при степени монохроматичности пучка » 10^-2.

Проведены первые эксперименты, в которых такое вращение спина обнаружено для нейтронов, проходящих через кристалл альфа-кварца.

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 эти эксперименты имеют очень высокую светосилу, поскольку интенсивность проходящего пучка нейтронов на много порядков выше интенсивности продифрагировавших пучков.

На рис.4 изображена схема экспериментальной установки для изучения описанных выше эффектов.

В ней предусматривается спектральный (по времени пролета) трехкомпонентный анализ поляризации как в прямом прошедшем, так и в прямом продифрагировавшем нейтронном пучках. Сдвоенная система анализа поляризации позволяет проводить измерения при двух положениях кристалла, соответствующих одному значению угла Брэгга, а использование прямого продифрагировавшего пучка - исследовать дифракцию по Лауэ при углах вплоть до 90°.

На рис. 5 изображен общий вид существующей экспериментальной установки QUARTZ, созданной для обнаружения эффектов деполяризации и временной задержки нейтронов в кристалле, тем самым, для обоснования возможности поиска ЭДМ нейтрона кристалл-дифракционным методом, которую, после некоторой модернизации, можно использовать для изучения описанных выше эффектов.

Основные характеристики установки QUARTZ:

• Диапазон рабочих длин волн (3,5 - 7) Å.
• Величина поляризации пучка (87 - 90)%.
• Разрешение по времени пролета (40 - 200) мкс, что соответствует Dl/l = (1- 5)·10^-2 для l = 5 Å.
• Точность углового отсчета при вращении кристалла » 30".
• Рабочий размер нейтронного пучка 60x10 мм.