Titelaufnahme

Titel
Messung von Quantenzuständen im Neutroneninterferometer / von Matthias Baron
VerfasserBaron, Matthias
Begutachter / BegutachterinRauch, Helmut ; Skalicky, Peter
Erschienen2005
Umfang137 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2005
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Neutroneninterferometer / Quantenzustand / Neutron / Welle / Kohärenz
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-96780 Persistent Identifier (URN)
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Messung von Quantenzuständen im Neutroneninterferometer [5.75 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit zeigt, wie die Quantenzustände der Neutronen in einem Neutroneninterferometer (IFM) charakterisiert werden können. Experimente zu dieser Fragestellung wurden am Instrument S18 des Institut Laue Langevin (ILL) in Grenoble, Frankreich, durchgeführt. An diesem Instrument können sowohl Neutroneninterferometrie als auch Ultrakleinwinkelstreuexperimente (USANS) betrieben werden. Die Eigenschaften der dort gemessenen Quantenzustände sind größtenteils durch den Neutronenleiter (Super-Spiegel-Leiter H25) und den Perfekt-Kristall-Monochromator, der die Neutronen zum Interferometer lenkt, geprägt. Diese Zustände weisen ein gewisses Kohärenzvolumen auf. Innerhalb dieses Volumens herrschen feste Phasenbeziehungen, wodurch in diesem Bereich Interferenzphänomene nachgewiesen werden können. Die Kohärenzeigenschaften sind stark anisotrop, da die Impulsverteilung durch den Monochromator nur in transversaler Richtung durch die Dynamische Beugungstheorie eingeschränkt ist, während sie in longitudinaler und vertikaler Richtung nahezu unbeeinflusst bleibt. Für die Untersuchung dieser Kohärenzeigenschaften ist das Perfekt-Kristall-Interferometer hervorragend geeignet. Hier werden zwei kohärente Teilstrahlen bis zu einem Abstand von mehreren Zentimetern räumlich separiert und anschließend wieder zusammengeführt. Durch die Erzeugung eines vertikalen oder longitudinalen Phasenschubs wurden die entsprechenden Kohärenzfunktionen, die durch die Autokorrelationsfunktion der Wellenfunktion gegeben sind, gemessen. Mit dem Einbringen von Phasenschiebern in einen der beiden Teilstrahlen des Interferometers wird aber andererseits der Eingangszustand durch Superposition mit dem phasenverschobenen Zustand in einen neuen Zustand umgewandelt. Dies zeigt sich in einer veränderten Impulsverteilung, die hinter dem Interferometer mittels eines zusätzlichen Analysator-Kristalls gemessen wurde. Mit Hilfe dieses Analysator-Kristalls ist es auch möglich, die durch große Phasenschübe verloren gegangene Interferenz durch spektrale Filterung wieder "sichtbar" zu machen. Um die Ortsverteilung dieses neu erzeugten Zustands messen zu können, benötigt man ein 2-Loop-Interferometer. Dieses lässt es zu, einen beliebigen Zustand im ersten Loop zu kreieren und im zweiten Loop zu analysieren. Damit ist es zum ersten Mal möglich die Impuls- und Ortsverteilung gleichzeitig zu messen. Diese Experimente werden nach einer kurzen Zusammenfassung der für diese Experimente benötigten Theorie ausführlich präsentiert. Am Ende der Arbeit wird der Einfluss eines fluktuierenden Magnetfelds (Rauschen) auf die im Interferometer vorhandenen Quantenzustände untersucht.

Zusammenfassung (Englisch)

The characterisation of quantum states of neutrons in an interferometer is the main topic of this thesis. All related experiments were performed at the instrument S18 of the Institut Laue Langevin (ILL) in Grenoble, France. This instrument is dedicated to neutron interferometry as well as ultra small angle neutron scattering (USANS). In principle, the properties of the quantum states entering the interferometer are mainly affected by the neutron-guide (super mirror guide H25) and the perfect crystal monochromator. A coherence volume can be assigned to these states where phase relations are fixed and interference occurs. The coherence behavior is strongly anisotropic, since only transversal momentum distribution is influenced by dynamical diffraction. The longitudinal and vertical directions remain unaffected. The neutron interferometer is a unique tool for probing the coherence properties. It allows us to split a neutron beam in two coherent paths, separated by several centimeters and to recombine them afterwards. Due to introduction of a longitudinal or a vertical phaseshift, respectively, it was possible to measure the related coherence function, which is determined by the auto-correlation function of the wave-function. By inserting a phase shifter in one of the two beam paths, the initial state is converted to a new state by superposition with the phase shifted state. This causes a change in the momentum distribution, which can be measured behind the interferometer with an additional crystal. With this analyser-crystal the smoothed out interference properties at high interference orders can be restored behind the interferometer, if proper spectral filtering is applied. To measure the spatial distribution of this newly created state, a 2-Loop-Interferometer is needed. This kind of interferometer permits to create any state in the first loop and analyse it in the second loop. Therefore, it is possible for the first time to measure the spatial and the momentum distribution simultaneously. Finally, the influence of fluctuating magnetic fields on the neutron states in the interferometer are investigated at the end of this work.