中子让强磁场变得可见,比地球强百万倍

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保罗谢勒研究所的科学家开发了一种新方法，可以精确地测量强磁场，使用从SINQ散裂源获得的中子。因此，在未来，将有可能测量已经安装在设备中磁铁的磁场，从而使其他探测技术无法测量，其研究成果发表在了《自然通讯》期刊。中子，顾名思义，是电中性的，几乎是所有原子核的组成部分，由于所谓的自旋，中子与磁场相互作用。

保罗谢勒研究所PSI的研究人员现在已经证明，这个特性可以用来可视化磁场。研究使用极化中子，这意味着所有的中子都有相同的自旋方向。如果极化中子束穿过磁场，就能在磁场后面探测到中子束的折射。从折射图中可以重建磁场，特别是磁场强度的差异。这种方法，也称为偏振中子光栅干涉法(pnGI)，首次被用于测量磁场。
比地球磁场强一百万倍
偏振中子光栅干涉法可用于测量非常强的磁场，其梯度强度约为每厘米1特斯拉。保罗谢勒研究所PSI的中子研究员克里斯蒂安格伦茨威格表示：这使得磁场强度可以达到地球磁场强度的100万倍左右，到目前为止，中子只能用来测量明显较弱的磁场。
从交流发电机到核磁共振成像系统
这种新方法有许多应用前景，最重要的是中子能无损地穿透大多数材料。这项研究的第一作者、PSI的博士生雅各布瓦尔塞奇(Jacopo Valsecchi)解释说：还可以探测难以探测到的磁场，因为它们已经内置在设备中。应用范围从交流发电机到能源供应系统的许多组件，从医学上使用的磁共振成象系统到磁场。研究人员用计算机模型模拟了预期的测量结果，证明了该方法是有效的。

然后，验证了通过实际测量是否可以得到类似的结果，模拟结果和实际测量结果非常吻合。用这种新方法，磁场的波动也能被探测到。例如，即使是永磁体，比如冰箱门上常见的磁铁，也没有均匀的磁场，现在可以探测到可能的梯度，即使磁场非常强。中子的固有磁矩与其电荷中性相结合，是一种独特的性质，可以用来研究物质中的磁现象。

在此研究中提出如何利用冷极化中子束在中子光栅干涉术中，使可视化和表征磁性能在微观尺度上的宏观样品。被测信号来源于磁势引起的相移，能够探测到以前无法探测到的磁场梯度，其阶数为T cm - 1，将探测范围扩大了一个数量级。将方形单轴磁场引起的相移可视化并量化，并基于霍尔探针测量磁场分布的理论计算验证了实验结果，这使研究进一步扩展到非均匀和各向异性磁场分布的研究。