O‘zbekiston Milliy Universiteti Fizika fakulteti Yadro Fizikasi kafedrasi F-2005 guruh talabasi Farhodov Asliddinning Yadro va elementar zarralar fizikasi fanidan tayyorlagan taqdimoti Ultrasovuq neytronlar Ultrasovuq neytronlar Reja: 1. UCN (Ultrasovuq neyronlar) nima? 2. UCNning o’zaro ta’sirlari 3. UCNni olish usullari Xulosa Foydalanilgan materiallar UCN (Ultrasovuq neytronlar) nima? • Bu juda sekin neytronlar kristallardan to’liq qaytadi. • Moddiy idishlarda juda uzoq vaqt saqlanishi mumkin. • Odatdagi parametrlar: -tezlik < 8 m/s - harorat < 4 mK - kinetik energiya < 300 nev O'zaro ta'sirlar: - gravitatsiya: V=mgh - zaif to’lqin (UCNning parchalanishiga - imkon beradi) - magnit ta’sir: V= - μB - kuchli o’zaro ta’sir Tortishish kuchi * V = mgh * Yer sayyorasidagi neytron uchun: m = 1 GeV / c2, g = 10 m/ s2, h = 3 m V = 300 neV * Eslatib o'tamiz, πππΆπ < 300 yangi * Foydalanish: - UCN spektrometri - gravitatsion darajalar tajriba Zaif kuch neytronlarni parchalanishiga olib keladi π → π + π − + π£ + 782 keV Bu parchalanishda neytronlar taxminan 15 minut yashaydi. ππ£ ππ£ Magnit kuch * Neytron magnit momentga ega: π = −1.9ππ΅ = −60 πππ/π * Magnit maydondagi magnit momentning potensial energiyasi: π = −ππ΅ Kuchli o’zaro ta’sir 3D dagi kvant mexanikasi . Markaziy potensial π π β 2 π» π + π π π = πΈπ 2π 2 β 1 π ππ 1 π ππ 1 π π 2 − π + 2 sin π + 2 2 +π π π 2π π 2 ππ ππ π sin π ππ ππ π sin π ππ2 = πΈπ O’zgaruvchilarni ajratish orqali ishlaymiz : π π, π, π = π π πππ (π, π) Javob: 1 π π 1 π2 1 2 π π π sin π + 2 π = π π + 1 ππ = 2 πΏ ππ ; sin π ππ ππ sin π ππ2 π β π π 1 π −π ππ = πππ = πΏπ§ πππ ππ β β2 π 2 π’ π π + 1 β2 − + π π + π’ = πΈπ’ 2π ππ 2 2ππ 2 Ba’zi qiziqarli oqibatlar : π = 0,1,2, . . = π , π, π, … π = −π, −π + 1, … , +π π’(π = 0)=0 3D zarra holati, 1D holatdagiga o’xshaydi, ammo kelib chiqishi cheksiz potensial devor bilan. Kuchli O’zaro ta’sir ππ βͺ 1πππ π’πβπ’π π~ππ0 ~0, π − βππππ‘ Effiktiv kesim yuzasi : πππ = 4ππ 2 π − π‘πππππππ β π’π§π’πππππ Zaif potensial Kuchli potensial Ko'p turli xil potentsiallar "a > 0“ uchun bir xil qiymatni keltirib chiqarishi mumkin Fermi Potensiali π(π) ni r=a da effektiv potensial almashtiramiz: 2πβ2 π ππππ π = πΏ π π Qattiq jismdagi ko’plab yadrolar uchun : ππππ 2πβ2 π = π ππ πΏ π − ππ π Kichik π uchun : ππππ 4ππβ2 π = π0 2π π3 π ′ 2ππβ2 πΏ π − ππ = π0 π π ∉ π = π0 π π ∉ π π π Fermi Potensiali Yadro potensiali ham qaytaruvchi effiktiv potensialga teng bo’lishi mumkin ("Fermi potensiali") Xuddi a > O kabi Yirik Fermi potensial nikel-58 uchun (58Ni) Vo = 335 neV UCNning sinishi UCNning kristalda singishining kirish chuqurligi π ≈ β·ππΆπ ≈ 50 ππ ππππ π ≈ 1 ≈ 0,1 − 1 π π π0 ππππ π Nisbat : π = π/ππππ π = 10−5 − 10−6 Odatda L ~ 10 sm o'lchamdagi idish uchun neytronlar bir vaqt: π ~ πΏ/ππ ~ 100 - 1000 s atrofida ushlab turiladi UCNni olish usullari An'anaviy Usul: - Reaktor yadrosidan neytronlarni oling −πΈπ = 5 − 10 πππ - yadrolar bilan issiqlik muvozanatiga keltiring - "Sovutilgan" neytronlarning energiya taqsimoti Maksvell-Boltsman taqsimotiga amal qiladi: π πΈ ∝ 1 πΈ2 π πΈ −ππ Kam effektivlik Neytronlarning ulushi m/s ostida faqat: 300 K da 10-11 30 K da 10-9 UCN rentabelligini: Kuchaytirish uchun bir nechta fokuslardan foydalaning 1. vertikal ekstraktsiya 2. turbina ILL neytron manbai Institut Laue-Langevin Grenobl, Frantsiya Supertermal manba Ikki energiya darajasiga ega moderatorni ko'rib chiqing: E = 0, β Moderator bilan ta’sirlashadigan neytronlar. Moderatorni uyg’ongan holatga o’tkazish bilan neytronlar energiyasi pasayishi mumkin. Issiqlik muvozanatida bu energiya allmashishlar yuz bermaydi. Maqsad UCNning termal holatga kelishiga yo'l qo'ymaslikdir Super kondetsansiyalangan : π π― Supertermal manba "Super issiqlik" Manbalari * Super termal manbasi UCN ni nima qiladi? - Neytronning past singishi - Yuqori bitta fonon energiyasi * Engil atomlar * Zaif Kristal - Uzoq elastik o'zaro ta'sir uzunligi * Qattiq deyteriy bu xususiyatlarga ega! SD2-dagi UCN yo'qotishlari * Deyteriyda yadro yutilishi - t~ 150 ms Fononning yuqoriga tarqalishi - t~ 150 ms TSD2 = 5 K • Vodorod tarkibidagi yadro yutilishi. - t ~ 150 ms 0.2% H * Uyg’ongan-deyteriyning konversiyasi - t~ 150 ms 1% para-D2 Asosiy va Uyg’ongan holatlarda - D2 • D2 molekulasi ikkita molekulyar holatga ega: - Orto (simmetrik spin) + L=0,2,… - Para (antisimmetrik spin) + L=1,3,… • Asosiy (orto) va uyg’ongan (para) holatlar o'rtasidagi energiya farqi 5 meV (80 K). • A+T = 300K da D2 gaz 33% para va 67% asosiy Uyg’ongan D2 dan sochilish T-300K da D2 gazining 2% qismi uyg’ongan hisoblanadi. Past T da, asosiy holat uchun uyg’ongan holatga aylanish oy davom etadi. Konversiyani tezlashtirish uchun magnit moddadan foydalaniladi. Impulsli netronlar Neytronlar proton ta'sirida "spallatsiya"orqali ishlab chiqariladi SD2-ga impulslar orasida sovishini ta'minlaydigan katta neytron portlashlarini ishlab chiqarishi mumkin Volfram neytronlarni 1 GeV proton nur-18 neytronlar/ proton Kvantlangan energiya darajalari Energiya darajasi kutilgan yutuvchi modda qalinliklarida kuzatiladi. Xulosa Neytronlarning o'zaro ta'sirini aniq o'lchash fundamental fizikaga Oynani taklif qiladi: • Neytron Beta Parchalanishi - Elektr zaif o'zaro ta'sir sinovlari - Standart modeldan tashqari fizika uchun zond, masalan • Neytron Elektr Dipol Momenti, Neytron Antineytrontebranishlar - standart modelda mavjud bo'lmasligi kerak - Standart modeldan tashqari fizika uchun zond • Gravitatsion maydondagi neytron kvant holatlari - Yadrodagi zarrachalar energiya darajasi - Kvant mexanikasining aniq sinovlari uchun potentsial, ekvivalentlikprintsip, tortishish modifikatsiyalari. FOYDALANILGAN MANBALAR: Internet saytlari: 1. https://arxiv.org/abs/2006.04568 2. https://en.wikipedia.org/wiki/Ultracold_neu trons Adabiyotlar va darsliklar: 1. Π.Π.ΠΠ£Π₯ΠΠ-ΠΠΊΡΠΏΠ΅ΡΠΈΠΌΠ΅Π½ΡΠ°Π»ΡΠ½Π°Ρ ΡΠ΄Π΅ΡΠ½Π°Ρ ΡΠΈΠ·ΠΈΠΊΠ°. Π’ΠΎΠΌ 2-(94-104 betlar) Elektron adabiyotlar: 1. Π.Π ΠΠ³Π½Π°ΡΠΎΠ²ΠΈΡ-Π£Π»ΡΡΠ°Ρ ΠΎΠ»ΠΎΠ΄Π½ΡΠ΅ Π½Π΅ΠΉΡΡΠΎΠ½Ρ-ΠΎΡΠΊΡΡΡΠΈΠ΅ ΠΈ ΠΈΡΡΠ»Π΅Π΄ΠΎΠ²Π°Π½ΡΠ΅ Taqdimot nihoyasiga yetdi. E’tiboringiz uchun tashakkur!