Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Мэриленда разработали новый оптический метод, который может обнаруживать отдельные нейтроны и регистрировать их в диапазоне интенсивностей, по крайней мере в сто раз превышающих существующие детекторы.. Новый детектор, описанный на мартовском собрании Американского физического общества Чарльзом Кларком, научным сотрудником Объединенного квантового института NIST и Университета Мэриленда, обещает улучшить существующие нейтронные измерения и позволить проверить новые явления, выходящие за рамки Стандартной модели., основная структура физики элементарных частиц.
Прототип лабораторного устройства основан на процессе, впервые обнаруженном исследовательской группой: испускание света атомами водорода, возникающее при поглощении нейтронов атомами гелия-3 (3He). Альфа-свет Лаймана, открытый гарвардским физиком Теодором Лайманом в 1906 году, возникает в результате скачка между двумя состояниями с самой низкой энергией атома водорода. Хотя это самый яркий свет, излучаемый Солнцем, и одна из самых распространенных форм света во Вселенной, Лайман-альфа невидим для глаза, поскольку находится в дальней ультрафиолетовой области оптического спектра. Он сильно поглощается большинством веществ и может проходить только через миллиметр воздуха.
Газообразный гелий, однако, не поглощает альфа-излучение Лаймана. Когда нейтрон поглощается атомом гелия-3, образуются один атом водорода и один атом трития (тяжелая форма водорода). Эти атомы разлетаются на высоких скоростях, могут быть возбуждены столкновениями с окружающим газообразным гелием и впоследствии излучают альфа-свет Лаймана. Этот свет регистрируется новым устройством, известным как детектор альфа-нейтронов Лаймана (ЗЕМЛЯ).
Используя пучок ультрахолодных нейтронов в Центре нейтронных исследований NIST, исследовательская группа обнаружила, что альфа-излучение Лаймана генерируется с удивительно высокой эффективностью: около 40 фотонов генерируется на нейтрон для газообразного гелия при атмосферном давлении. По словам Алана Томпсона, эксперта по нейтронам в команде, «таким образом, это устройство имеет потенциал для обнаружения как одиночных нейтронов, так и большого количества нейтронов, что очень сложно сделать с существующими детекторами нейтронов, основанными на электрических разрядах».
Использование оптических средств регистрации, а не электронных, также открывает перспективу как минимум стократного увеличения динамического диапазона детекторов нейтронов (разброс регистрируемой интенсивности нейтронов от слабых до ярких). Это связано с тем, что оптические детекторы реагируют быстрее, чем электронные детекторы (которые страдают от более длительных периодов бездействия, известных как «мертвое время». )
При дальнейшем развитии этот новый метод потенциально может привести к более качественным измерениям на существующих нейтронных установках (например, на приборах нейтронной дифракции в Центре нейтронных исследований NIST) и позволить проводить новые физические испытания за пределами Стандартной модели. Планируются измерения в NIST свойства нейтронов, известного как электрический дипольный момент, и более точные измерения времени жизни нейтрона.
C. W. Clark, A. K. Thompson, M. A. Коплан, Дж. В. Купер, П. Хьюз и Р. Э. Вест, Наблюдение реакции n (3He, t) p путем обнаружения дальнего ультрафиолетового излучения. Документ B14.00010, представленный в понедельник, 10 марта 2008 г., с 13:03 до 13:15, на мартовском собрании Американского физического общества 2008 г., Новый Орлеан, штат Луизиана, 10-14 марта 2008 г.