neutroni (blu), che può penetrare oggetti solidi (come un muro di acciaio grigio), non hanno carica elettrica. Però, gli spin magnetici dei neutroni in movimento sono influenzati da un campo elettrico (verde), sperimentando una leggera modifica alla loro direzione di rotazione mentre attraversano il campo. Questo cambiamento di direzione di spin (angolo rosso) può essere misurato mediante polarimetria (usando un filtro di spin neutronico e un solenoide, rappresentato dalla bobina), offrendo un potenziale metodo per l'ispezione di dispositivi elettrici che non possono essere osservati direttamente. Credito:N. Hanacek/NIST
In un potenziale passo avanti per la tecnologia di imaging, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dei Sandia National Laboratories hanno sviluppato un modo per utilizzare i neutroni per rilevare campi elettrici in spazi irraggiungibili dalle sonde convenzionali.
Il loro metodo non distruttivo ma penetrante, descritto nel giornale Lettere di revisione fisica , potrebbe portare a dispositivi di rilevamento in grado di vedere attraverso i muri per rilevare i campi elettrici nei componenti elettronici, una capacità chiaramente utile per lo screening di sicurezza e altre applicazioni diagnostiche.
"Questa è la prima volta che qualcuno è stato in grado di immaginare un campo elettrico che è stato fisicamente isolato, " ha detto Dan Hussey, un fisico del NIST. "Potrebbe esserci qualcosa che non vuoi smontare ma vuoi ispezionare. Questo approccio potrebbe offrire un modo per vedere i suoi campi elettrici anche se le barriere si frappongono".
La tecnica richiede un intenso fascio di neutroni polarizzati, le particelle che insieme ai protoni formano i nuclei di tutti gli elementi diversi dal semplice idrogeno. I neutroni possiedono la capacità di penetrare materiali densi, come metalli, che bloccano il passaggio di altre particelle o tipi di radiazioni.
A differenza delle particelle cariche, come protoni carichi positivamente, i neutroni non possiedono carica elettrica netta. Però, hanno una proprietà magnetica chiamata spin, che può essere manipolato da un campo magnetico. La direzione di rotazione del neutrone è influenzata dal magnetismo, qualcosa che il team di ricerca ha usato a proprio vantaggio.
"Il neutrone è elettricamente neutro, eppure lo usiamo per percepire il campo elettrico, "Ha detto Hussey.
L'idea è nata con il fisico Sandia Yuan-Yu Jau, che ha recentemente avviato un progetto di ricerca e sviluppo diretto da laboratorio (LDRD) per rilevare campi elettrici in spazi irraggiungibili dalle sonde convenzionali. Per rendersene conto, Jau aveva bisogno di una buona fonte di neutroni e di rivelatori capaci, esigenze che lo hanno portato al NIST Center for Neutron Research (NCNR).
Quando un neutrone passa attraverso il campo elettrico, è equivalente al campo elettrico che si muove verso un neutrone stazionario; solo la prospettiva, o quadro di riferimento, è diverso. E quando la sorgente di un campo elettrico si muove, genera un campo magnetico.
Anche per il forte campo elettrico impiegato in questo esperimento dimostrativo, il campo magnetico effettivo era debole (circa 50 volte più piccolo del campo magnetico terrestre). Tuttavia, questo debole campo magnetico ha leggermente inclinato la direzione dello spin magnetico del neutrone. Negli esperimenti, l'angolo di inclinazione era inferiore a un grado, ma utilizzando un metodo di polarimetria sensibile sviluppato dal team, una piccola rotazione è stata misurata con una precisione di circa un centesimo di grado.
Per effettuare questa misurazione accurata, Hussey e i suoi colleghi del NIST si sono basati sulle capacità consolidate dell'NCNR nella polarimetria per sviluppare un metodo che è circa 100 volte più sensibile della polarimetria convenzionale. Il loro metodo dipende dal comportamento degli spin dei neutroni quando passano in un tipo di elettromagnete chiamato solenoide, utilizzato in combinazione con un filtro di spin neutronico polarizzato. Questo dispositivo è stato sviluppato per altri scopi, ma si è rivelato ideale per questa ricerca.
Le condizioni dell'esperimento potrebbero sembrare minare il valore pratico della tecnica per l'uso sul campo, poiché la squadra aveva bisogno di un reattore di dimensioni scomode per generare il raggio di neutroni. Però, più piccoli, esistono generatori di neutroni disponibili in commercio, suggerendo che il metodo potrebbe un giorno essere sfruttato da apparecchiature portatili se potesse generare un fascio di neutroni abbastanza forte.
Hussey ha sottolineato che i risultati dimostrano solo che il concetto è valido. "Non siamo andati avanti nel tentativo di vedere all'interno di oggetti metallici, ma questo arriverà nel prossimo futuro, " Egli ha detto.
Però, la tecnica di rilevamento potrebbe trovare più usi mentre i ricercatori progettano esperimenti attorno ad essa.
"Potresti voler diagnosticare l'elettronica ad alta tensione mentre sono in funzione, o potenzialmente studiare materiali che hanno proprietà elettriche in ambienti campione, " disse Hussey. "Ora che la capacità esiste, forse emergeranno altre idee".
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.
