อัลตราโคลด์นิวตรอนคืออะไร? ปีเตอร์ เกลเทนบอร์ต: “นิวตรอนความร้อน” ที่ผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์วิจัย เช่น ILL มีพลังงานไม่กี่ร้อยของอิเล็กตรอนโวลต์ โดยเฉลี่ยแล้วพวกมันเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 2200 ม./วินาที อัลตราโคลด์นิวตรอน (UCN) ที่เราทำงานด้วยมีความเร็วประมาณ 5–8 เมตร/วินาที ดังนั้นแม้ฉันยังสามารถวิ่งได้เร็วกว่า UCN พวกเขาผลิตที่ ILL ได้อย่างไร?ขั้นตอนแรกคือสร้าง
เทอร์มอลนิวตรอน
จาก “ฟิชชันนิวตรอน” ที่มีพลังมากกว่าซึ่งผลิตในเครื่องปฏิกรณ์ของ ILL สิ่งนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติเมื่อนิวตรอนเหล่านี้ชนกับนิวเคลียสดิวทีเรียมในน้ำมวลหนักภายในแกนเครื่องปฏิกรณ์ จากนั้นเทอร์มอลนิวตรอนบางส่วนจะถูกทำให้เย็นลงอีกผ่านการชนในภาชนะใกล้กับแกนกลางซึ่งเต็มไปด้วย
ดิวทีเรียมเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 25 เคลวิน ซึ่งลดความเร็วลงเหลือประมาณ 700 เมตร/วินาที จากนั้น นิวตรอนเหล่านี้บางส่วนถูกนำทางขึ้นโดยใช้ท่อพิเศษ ซึ่งจะส่งเฉพาะนิวตรอนที่มีพลังงานต่ำกว่า ดังนั้นนิวตรอนที่ด้านบนจึงโผล่ออกมาด้วยความเร็วประมาณ 50 เมตร/วินาที
จากนั้นนิวตรอนจะถูกส่งเข้าไปในภาชนะสุญญากาศขนาดใหญ่เหนือแกนเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งมีกังหันที่มีใบพัดโลหะหมุนอยู่ นิวตรอนชนใบพัดซึ่งหมุนไปข้างหลังและทำให้นิวตรอนสูญเสียพลังงานจลน์ เหมือนกับเวลาที่คุณเล่นเทนนิส และแทนที่จะตีลูก คุณจะดึงแร็กเก็ตกลับ ในแง่ฟิสิกส์
นี่คือการเปลี่ยนแปลงดอปเปลอร์ของนิวตรอนจากความเร็วประมาณ 50 ม./วินาที ลงไปที่ประมาณ 5 ม./วินาทีนักฟิสิกส์เรียนรู้อะไรได้บ้างจากการศึกษานิวตรอนที่เย็นจัดมาก โอลิเวอร์ ซิมเมอร์: สิ่งที่ดีเกี่ยวกับนิวตรอนก็คือมันเป็นห้องทดลองที่สมบูรณ์ มันรู้สึกถึงแรงทุกประเภทรวมถึงแรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็ก
แรงอ่อนๆ ที่ก่อให้เกิดกัมมันตภาพรังสี และแรงที่แรงที่ทำให้อนุภาคยึดเหนี่ยวกันในนิวเคลียสของอะตอม มันตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าด้วยซ้ำ แม้ว่านี่อาจฟังดูแปลกเพราะนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม นิวตรอนมีโครงสร้างภายในที่สมบูรณ์และมีควาร์กซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า
ควาร์กอยู่
ใช่ แต่แตกต่างจากห้องแล็บฟิสิกส์พลังงานสูงอย่าง CERN ซึ่งพยายามสร้างเงื่อนไขให้เกิดขึ้นใหม่ภายในเวลาไม่ถึงไมโครวินาทีหลังบิกแบง ด้วย UCN เรามองหาผลที่ตามมาของบิ๊กแบงด้วยความแม่นยำสูงมาก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคถูกสื่อกลางโดยอนุภาคที่เรียกว่าโบซอน
ในเครื่องเร่งความเร็ว พลังงานมักจะสูงพอที่จะสร้างโบซอนเหล่านี้และดูว่าพวกมันสลายตัวอย่างไร ในการวิจัยของ UCN คุณไม่ได้สร้างโบซอนเหล่านี้เป็นอนุภาคอิสระ แต่คุณเห็นผลทางอ้อมในคุณสมบัติคงที่และการสลายตัวของนิวตรอน ด้วยความแม่นยำสูงที่น่าทึ่งของการทดลองบางอย่าง
คุณสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับรายละเอียดปลีกย่อยของการโต้ตอบพื้นฐาน และอาจพบแม้กระทั่งกองกำลังที่ไม่รู้จักมาจนบัดนี้ นั่นคือสิ่งที่สวยงามเกี่ยวกับการวิจัยนี้ คุณได้เรียนรู้อะไรบ้างจนถึงตอนนี้?ตัวอย่างล่าสุดคือนักฟิสิกส์ที่ ILL ได้วัดสถานะความโน้มถ่วงเชิงควอนตัมของนิวตรอนเป็นครั้งแรก
ซึ่งทำได้โดยการสะท้อน UCN บนกระจกที่เรียบมาก แรงผลักจากกระจกผลักนิวตรอนขึ้น ในขณะที่แรงโน้มถ่วงผลักนิวตรอนลง ผลกระทบคือการกักนิวตรอนไว้ในหลุมที่มีศักยภาพ และกลศาสตร์ควอนตัมบอกเราว่านิวตรอนมีอยู่ในระดับพลังงานที่แตกต่างกัน สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยการนำพื้นผิวที่สองที่ดูดกลืน
ลงไปที่กระจก แล้วค่อยๆ ดึงขึ้นด้านบน เราวัดจำนวนนิวตรอนที่สามารถบินผ่านช่องว่างนี้ และพบว่าไม่มีเลยจนกว่าพื้นผิวด้านบนจะถึงความสูงที่สภาวะควอนตัมแรงโน้มถ่วงสถานะแรกพอดีในช่องว่าง เมื่อความสูงเพิ่มขึ้น ความเข้มที่เพิ่มขึ้นแบบขั้นบันไดจะบ่งชี้ถึงการส่งผ่านสถานะควอนตัมที่ตามมา
ออซ: ตอนนี้นักฟิสิกส์จากเวียนนาและ ILL ได้เริ่มทำสเปกโทรสโกปีของสถานะความโน้มถ่วงเหล่านี้แล้ว คุณอาจคิดว่านิวตรอนบนกระจกเป็นเหมือนอะตอมที่ตื่นเต้นโดยใช้แสง ซึ่งทำให้อะตอมเปลี่ยนจากสถานะอิเล็กทรอนิกส์หนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง ในทำนองเดียวกัน การกระโดดระหว่างสถานะควอนตัม
ความโน้มถ่วงต่างๆ ของนิวตรอนถูกเหนี่ยวนำโดยการสั่นของกระจก และตรวจพบควอนตัมพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผ่านเหล่านี้เป็นเสียงสะท้อนที่เกิดขึ้นที่ความถี่การสั่นบางความถี่ ความสำเร็จของการทดลองนี้ทำให้เรามีความหวังว่าจะสามารถใช้สเปกโทรสโกปีเพื่อตรวจสอบกฎแรงโน้มถ่วง
ของนิวตัน
ที่ระยะไมครอนได้ถ้าเราพบความเบี่ยงเบน นั่นจะบอกอะไรเรา? ไม่เข้าใจว่าทำไมแรงโน้มถ่วงถึงอ่อนแอมากเมื่อเทียบกับปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอื่น ๆ ที่รู้จัก ในทางกลับกัน ขณะนี้มีแบบจำลองทางทฤษฎีมากมายที่ทำนายการมีอยู่ของมิติ “พิเศษ” นอกเหนือไปจากอวกาศและเวลาของจักรวาล 4 มิติของเรา
โดยทั่วไปแล้ว ในสถานการณ์เช่นนี้ แรงโน้มถ่วงจะแรงขึ้นมากในระยะทางที่สั้นพอที่มิติพิเศษเหล่านี้จะปรากฏออกมา การเบี่ยงเบนจากกฎของนิวตันในระดับไมครอนที่พบในสเปกโทรสโกปีของนิวตรอนใกล้กับพื้นผิวกระจกย่อมเป็นการสนับสนุนแนวคิดทางทฤษฎีดังกล่าวอย่างน่าทึ่ง ภายใต้แรงที่แข็งแกร่ง
ฉันเคยได้ยินเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่านิวตรอนกระจก นั่นคืออะไร? เป็นอนุภาคสมมุติฐานที่เสนอโดยนักทฤษฎีว่าเป็นผู้สมัครที่เป็นไปได้ของสสารมืด “สสารที่หายไป” ที่เรารู้ว่าต้องมีอยู่ในจักรวาลของเรา เช่นเดียวกับสสารมืด เราจะรู้สึกเพียงผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของนิวตรอนในกระจก
แนวคิดพื้นฐานคือการมีอยู่ของ “โลกกระจกเงา” ที่ฝังอยู่ในโลกของเรา ซึ่งอนุภาคจะทำงานในลักษณะเดียวกัน ยกเว้นความถนัดซ้ายของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ในโลกกระจก การโต้ตอบที่อ่อนแอจะเป็นมือขวา นิวตรอนอาจแกว่งไปมาในกระจกคู่ของมัน และสามารถตรวจสอบผลกระทบดังกล่าวได้อย่างดี
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
