Предложен метод трехмерного «фотографирования» магнитного поля при помощи нейтронов
 Радиограмма магнитного поля окружающего дипольный магнит. Изображение из оригинальной статьи. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Как известно, нейтроны имеют нулевой электрический заряд и благодаря этому могут достаточно глубоко проникать в вещество. Нейтронные исследования широко применяются в науке и промышленности, дополняя рентгеновские методы исследований при решении определенных практических задач.
Собственный магнитный момент нейтрона делает его чрезвычайно подверженным влиянию любых внешних магнитных полей; это означает, что нейтроны как будто бы созданы для исследования различных проявлений магнетизма. Всевозможные методики использования нейтронов для визуализации магнитных полей разрабатывались и ранее, но они ограничивались поверхностями веществ и окружающим пространством или же исследованием магнетизма как такового.
В опубликованных в журнале New Journal of Physics N11 (2009) исследованиях группа немецких ученых впервые осмелилась заглянуть внутрь самого вещества. Предложенная ими техника основывается на двух ставших уже традиционными методиках исследования: радиографии и томографии.
В самом широком смысле методика радиографии подразумевает изучение объектов при помощи определенного излучения (радиоактивного или рентгеновского). Суть метода состоит в том, что излучение проходит через объекты, каким-то образом на них рассеиваясь, и фиксируется на некой фотопленке (чувствительной к данному типу излучения). Т.к. упомянутые типы излучения проникают вглубь вещества, результирующий снимок и дает данные о том, что скрыто внутри объекта. К слову, рентгеновские снимки костей – это одно из применений методики радиографии.
Томография – более широкое понятие, определяющее подход к изучению трехмерных объектов. За исследования в этой области было вручено целых две Нобелевских премии: в 1979 году ее получили А. Кормак и Г. Хаунсфилд за разработку компьютерной томографии, а в 2003 году - Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур за создание на основе томографии методики магнитно-резонансной терапии, широко применяемой в медицине.
Приложение традиционных подходов отображения к потокам нейтронов рождает уникальную методику для «ощупывания» микроскопических магнитных явлений как внутри материи, так и в непосредственной близости от поверхности вещества. Идея метода основана на теории вращения спина поляризованных нейтронов при прохождении магнитного поля и позволяет напрямую визуализировать в пространстве действующие в веществе магнитные поля.
Для проверки новой методики были визуализированы магнитные поля, предсказанные для сверхпроводников теорией эффекта Мейснера (теория о вытеснении магнитного поля из сверхпроводника при переходе в сверхпроводящее состояние). Полученные результаты совпали с теоретическими предсказаниями, что не только подтвердило объяснение эффекта, но и дало жизнь новой методике изучения микроскопических магнитных явлений.
Источники:
- M. Dawson, I. Manke, N. Kardjilov, A. Hilger, M. Strobl and J. Banhart. Imaging with polarized neutrons. New Journal of Physics (2009), 11