Ecco il neutrone, il figlio di mezzo delle particelle subatomiche. A volte messo in ombra dai suoi fratelli elettricamente carichi il protone e l'elettrone, i neutroni giocano un ruolo importante nella sicurezza nazionale. Avviano reazioni nucleari per armi e centrali elettriche. Bombardano materiali per test di sicurezza nucleare. E ora hanno una nuova abilità:dire se un nascosto, il detonatore elettrico è carico.

L'esperto di sensori quantistici Sandia Yuan-Yu Jau sta aiutando i neutroni a sviluppare il loro talento. Sta conducendo uno sforzo per costruire un nuovo tipo di sistema di imaging basato su neutroni. Al termine, consentirà alle persone di esaminare in sicurezza scatole di metallo sigillate quando aprirle potrebbe essere pericoloso, se è perché all'interno c'è un'arma esplosiva o un malfunzionamento, fuoco ad alta tensione appiccato a un raggio di missili.

"Non esistono altre tecnologie in grado di visualizzare direttamente un campo elettrico con barriere fisiche, " Ha detto Jau. "Un vantaggio di questa tecnologia di imaging è che può determinare in modo assoluto le grandezze e le direzioni dei campi elettrici".

Jau ha già dimostrato che i neutroni sono all'altezza del compito in generale, struttura specializzata:il National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research a Gaithersburg, Maryland. Attualmente sta esplorando come riprogettare il sistema in un più piccolo, prototipo utilizzabile per applicazioni di sicurezza.

I generatori di neutroni compatti sono disponibili in commercio per laboratori, usi medici e industriali, ma nel complesso, questi sputano neutroni con così tanta energia che il sistema di imaging non può manipolarli e analizzarli. Jau sta lavorando alla costruzione di un generatore personalizzato che lancia neutroni con energie molto più basse.

La National Nuclear Security Administration sta finanziando i suoi sforzi.

Lo spin dei neutroni espone campi elettrici

Una scatola di metallo, o gabbia di Faraday, blocca le onde elettromagnetiche che tentano di entrare o uscire. Questo nasconde i dispositivi caricati elettricamente all'interno e rende difficile sondare il contenuto senza aprire la scatola. Le particelle cariche come protoni ed elettroni hanno difficoltà a penetrare nella barriera, che dà ai neutroni neutri l'opportunità di brillare.

I neutroni passano attraverso il metallo con relativa facilità, e sebbene non abbiano una carica elettrica, fanno girare. Questo spin cambia leggermente quando la particella passa attraverso un campo elettrico. Jau sfrutta questo fenomeno polarizzando i neutroni, quindi hanno tutti lo stesso giro, e spararli attraverso una scatola di metallo in un rilevatore dall'altra parte.

Alcuni dei neutroni non arriveranno mai al rivelatore perché urtano l'oggetto nascosto. I neutroni che lo compongono creano una sagoma simile ai raggi X sul rivelatore. Di queste particelle, quelli che passano anche attraverso un campo elettrico avranno una rotazione diversa quando colpiscono il rivelatore rispetto a quando sono partiti. Questo crea una seconda immagine che mostra dove sono i campi elettrici. Da quella foto, gli operatori possono decifrare la tensione dell'oggetto e se è carico, anche se è spento o in modalità di sospensione.

Secondo Jau, i neutroni potrebbero anche essere usati in modi simili per altre applicazioni. Potrebbero essere usati per studiare le proprietà elettriche di nuovi materiali, analizzare la capacità di stoccaggio in batterie avanzate o diagnosticare componenti elettrici di complessi, macchine assemblate senza rimuoverle.

"In pratica, diverse applicazioni richiedono diverse sensibilità al campo elettrico e risoluzione delle immagini, " Ha detto Jau. "Ciò non significa che la nostra dimostrazione di prova del concetto sia pronta per tutte le applicazioni. Molti di questi possono già essere eseguiti utilizzando la configurazione sperimentale dimostrata, ma alcuni altri richiedono ulteriori miglioramenti nelle prestazioni o nelle tecnologie utilizzabili".

In altre parole, il potente neutrone potrebbe avere più talenti sorprendenti da mostrare in futuro.