Адаптированный из астрономии прибор помогает регистрировать уникальные эффекты квантовой интерференции
Адаптируя технологию, используемую для гамма-астрономии, группа экспериментаторов обнаружила, что рентгеновские переходы, которые ранее считались неполяризованными в соответствии с атомной физикой, на самом деле являются сильно поляризованными, сообщается в новом исследовании, опубликованном 15 марта в Physical Review Letters. Было успешно объединено два современных прибора и технологии для измерения поляризации высокоэнергетического рентгеновского излучения, испускаемого при захвате высокозаряженными ионами высокоэнергетических электронов.
Электронно-пучковая ионная ловушка Tokyo-EBIT. Предоставлено: Университет электросвязи.
Когда электроны рекомбинируют с сильно заряженными ионами, поляризация рентгеновских лучей становится важной для проверки фундаментальной атомной физики, включающей эффекты релятивистской и квантовой электродинамики. Но на сегодняшний день исследователи-экспериментаторы столкнулись с техническими трудностями, которых требуют эти эксперименты.
Группа исследователей во главе с профессором Нобуюки Накамура из Института лазерных наук Университета электрокоммуникаций, в том числе из Института физики и математики Вселенной им. Доцент отдела астронавтики (ISAS/JAXA) Шин Ватанабэ успешно объединил два современных прибора и технологии для измерения поляризации высокоэнергетического рентгеновского излучения, испускаемого при захвате высокозаряженными ионами высокоэнергетических электронов.
Первая — это электронно-лучевая ионная ловушка Tokyo-EBIT, которая является одним из ведущих в мире генераторов высокозаряженных ионов и экспериментальных приборов, принадлежащая Университету электрокоммуникаций, а вторая — Si/CdTe Compton Camera для высокоэнергетических Рентгеновские лучи, которые были разработаны для астрономических наблюдений в основном в ISAS/JAXA и улучшены для этих исследований.
Камера Комптона Si/CdTe (слева), прикрепленная к Tokyo-EBIT. Предоставлено: Университет электросвязи, JAXA.
Технология камеры Комптона Si/CdTe изначально была разработана группой под руководством Такахаши для изучения рентгеновского и гамма-излучения во Вселенной, испускаемого высокоэнергетическими черными дырами, сверхновыми звездами и скоплениями галактик, и была внедрена в Японское агентство аэрокосмических исследований. (JAXA) спутник ASTRO-H, запущенный в 2016 году.
Такахаши искал способ адаптировать технологию для других областей. После встречи с Накамурой Такахаши приступил к разработке эксперимента по поляризации рентгеновских лучей и внедрению в метод камеры Комптона Si/CdTe.
Цузуки выполнил большую часть калибровки и моделирования камеры Комптона.
Доцент Университета Цукуба Сяо-Мин Тонг, заслуженный научный сотрудник Института прикладной физики и вычислительной математики Сян Гао и доцент Национального института термоядерных наук Дайджи Като провели теоретический анализ результатов, который показал, что неожиданно большая поляризация, наблюдаемая в эксперимент был результатом эффектов квантовой интерференции, когда квантово-механические волны вероятности интерферируют друг с другом. Обычно начальные состояния двух волн должны быть равными, чтобы возникла интерференция, но также было обнаружено, что наблюдаемая поляризация вызвана своеобразным эффектом интерференции между двумя волнами с разными угловыми моментами.
