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Ondas Helicoidales de Neutrones

CRÉDITO: SEAN KELLEY/NIST 


Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation 

Los neutrones son uno de los principales componentes de la materia bariónica. A excepción del hidrógeno, los neutrones están presentes en la región central (núcleo) de los átomos de casi todos los elementos. Aunque son eléctricamente neutros, son muy cruciales para determinar la estructura atómica y su composición. Una de las razones clave por las que son influyentes se debe al hecho de que pueden penetrar en los materiales que las radiaciones ópticas como los rayos X, normalmente no pueden. 

La hipótesis de De Broglie de la teoría cuántica nos dice que las partículas elementales pueden poseer características duales, de onda y de partícula, dependiendo de la situación. Al igual que los electrones, las características ondulatorias de los neutrones también pueden emplearse para el estudio de los materiales y una de las principales ventajas a este respecto es que la longitud de onda puede hacerse extremadamente pequeña, lo que a su vez da lugar a una imagen de alta resolución de la muestra estudiada. Esta característica se emplea habitualmente en las técnicas de difracción de neutrones. 

Las leyes de la mecánica cuántica también nos dicen que las partículas elementales como los electrones, protones, etc., poseen dos tipos de momentos, que se deben al movimiento orbital y al movimiento de espín. El primero se denomina momento angular orbital (OAM) y el segundo, momento angular de espín (SAM). Su suma se conoce como acoplamiento espín-órbita. Los neutrones también tienen un OAM intrínseco y esto se ha empleado recientemente en la creación de un novedoso dispositivo cuántico que se utilizó para descubrir un aspecto del OAM del neutrón que no se conocía anteriormente.  

El grupo de investigación con sede en el Instituto de Computación Cuántica (IQC) de Waterloo, en un escenario experimental sin precedentes, ha observado que cuando los neutrones atraviesan el dispositivo recién creado, muestran una estructura similar a la de una dona o un toroide [1]. Esta observación sugiere (suggests) que los neutrones pueden poseer OAM cuantizado y propagarse de forma helicoidal. 

Los neutrones expresan la propiedad de la polarización del espín (spin polarization). Esto, en combinación con la observación del OAM (momento angular orbital ) cuantizado de los neutrones, tiene aplicaciones muy interesantes. Algunas de las áreas en las que esto sería útil son la investigación de materiales cuánticos, la computación cuántica y la resolución de problemas importantes en la física teórica fundamental.   

 

Enfoque holográfico para generar frentes de onda helicoidales de neutrones que llevan un OAM bien definido. (A) Imágenes SEM que caracterizan la matriz de rejillas de fase de dislocación en horquilla utilizada para generar los frentes de onda helicoidales de neutrones. Las matrices cubrían un área de 0,5 cm por 0,5 cm y consistían en 6.250.000 rejillas de fase de dislocación en horquilla individuales de 1 μm por 1 μm que tenían un período de 120 nm, tenían una altura de 500 nm y estaban separadas por 1 μm en cada lado. En el experimento se utilizaron tres matrices con cargas topológicas de q = 0 (perfil de rejilla estándar), q = 3 (mostrado aquí) y q = 7. (B) Cada rejilla de fase genera un espectro de difracción que consiste en órdenes de difracción (m) que llevan un valor OAM bien definido de ℓ = mħq. (C) La intensidad en el campo lejano es la suma sobre la señal de todas las rejillas de fase de dislocación de horquilla individuales. Se muestra un ejemplo de los datos recogidos de dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS). Crédito: Science Advances (2022) 

 

RSF en Perspectiva: 

El físico Nassim Haramein lleva décadas proponiendo que todas las partículas del universo se caracterizan por su movimiento de giro (espín) y que el origen de este giro es inherente al campo que rige la dinámica de las respectivas partículas. En sus publicaciones anteriores, ha demostrado que al incorporar las fuerzas de torsión y de Coriolis en las ecuaciones de campo de Einstein, se consigue una nueva solución que nos dice que el espaciotiempo es en sí mismo curvado a todas las escalas y que, a su vez, es la fuente de toda la dinámica de espín en el universo [2]. Esta constatación tiene varias consecuencias, una de las cuales es la existencia de la propiedad de rotación para todos los agujeros negros. 

Ahora muchos otros físicos de todo el mundo se están dando cuenta de la importancia del espín, como el descubrimiento de las ondas helicoidales de los neutrones descrito en este artículo, es explícito que las predicciones de las teorías de Nassim están demostrando ser ciertas. Además, dado que ahora hay numerosas evidencias a favor del trabajo de Nassim, se espera que una vez que salga el nuevo artículo (new paper) todas estas ideas se entretejan coherentemente en un marco general.


 

Referencias: 

[1] Dusan Sarenac et al, Experimental realization of neutron helical waves, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add2002 

[2] Haramein, N., and Rauscher, E. A. (2005). The origin of spin: A consideration of torque and Coriolis forces in Einstein’s field equations and grand unification theoryBeyond The Standard Model: Searching for Unity in Physics, 1, 153-168. 

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