Ein Neutronen-Interferometer aus holographischen Gittern

Forschungsprojekt P 14614Ein Neutronen-Interferometer aus holographischen GitterRomano A. RUPP26.06.2000 Das Ziel des vorliegenden Projektantrags ist die Konstruktion eines Interferometers für kalte Neutronen in LLL- Geometrie. Dazu werden drei fotosensitive d-PMMA Proben, welche in einem starren Edelstahlrahmen fixiert sind, mit Interferenzstreifen von ultraviolettem Licht bestrahlt, wodurch holographische Gitter entstehen. Daraus resultiert aber auch eine Modulation der Streulängendichte für Neutronen, sodass diese Gitter nun als Strahlteiler wirken. Das Interferometer soll eine Länge von etwa 30 cm haben. Die Konstruktion eines effizienten, kompakten und vielseitig einsetzbaren Interferometers mit hoher Auflösung erfordert es, die Qualität der Gitter und die Größe des Interferometers verglichen zu einem bereits; existierenden Prototypen zu verbessern. Das Fernziel besteht darin, mit diesem Interferometer eine Standardkomponente für die Neutronenoptik herzustellen, welche leicht an jeder beliebigen kalten Neutronenleiter - eine ausreichende Kohärenz vorausgesetzt - für interferometrische Messungen eingesetzt werden kann.

Streuexperimente mit verschiedenen Arten von Quantenobjekten wie z. B. Licht, Röntgenstrahlen, Elektronen oder Neutronen, haben sich als sehr nützlich für die Untersuchung und die Klärung von Strukturen herausgestellt. Solche Experimente geben jedoch nur über die Streuintensität Auskunft, und nicht über die Streuamplitude, d.h. die gesamte Information über die Phase geht verloren. Diesem Problem kann man beikommen, indem man interferometrische Verfahren einsetzt. In diesem Projekt wurde erstmalig ein Interferometer für kalte Neutronen entworfen und aufgebaut, welches die Bestimmung dieser gewünschten Phaseninformation erlaubt. Das Interferometer besteht aus drei äquidistant angeordneten Volumengittern, die als Strahlteiler bzw. Spiegel für Neutronen wirken. Diese Gitter wurden mittels eines holographischen Aufbaus durch Belichtung eines photosensitiven Mediums mit Lichtinterferenzstreifen hergestellt. In solchen Materialien (Plexiglas) wird das Lichtmuster in ein Brechwertprofil, d.h. ein Gitter, für Neutronen umgewandelt. Das Interferometer wurde schließlich an verschiedenen Neutronenstreuanlagen installiert und getestet. Mit Hilfe des Interferometers wurden die Kohärenzeigenschaften der Neutronen untersucht. Die partielle Kohärenz der Neutronen ermöglichte es, eine neuartige Methode zur Bestimmung der Intensität und Phase in Kleinwinkelbeugungsexperimenten zu entwickeln: Die gemessenen Interferenzstreifen liefern den komplexen Grad der Kohärenz, aus welchem die Phase des Streuobjekts gewonnen werden kann. Wichtige potentielle Anwendungen stellen die Bestimmung der Phase in Kleinwinkelstreuexperimenten dar, z.B., um die Struktur komplexer biologischer Proben aufzuklären, oder die Messung der Kohärenzeigenschaften von Neutronen an diversen Neutronenstreuanlagen.