Es posible acelerar una partícula cargada en un campo eléctrico, ¿cómo es posible acelerar un neutrón? ¿Cómo podemos controlar su velocidad?
Básicamente, la respuesta es no, no es posible.
Cuando producimos neutrones con fines de investigación, tenemos que hacerlo mediante reacciones nucleares. Salen de las reacciones nucleares con energías que están determinadas por la reacción, que no están bajo nuestro control y que están en la escala de energía de MeV de la física nuclear. Ejemplos de una fuente de neutrones serían un reactor nuclear o una fuente de plutonio-berilio.
Si la reacción nuclear ocurre en un acelerador de partículas, entonces el marco del centro de masa puede estar moviéndose a altas velocidades. Si el haz es más pesado que el objetivo y la velocidad del haz es alta, entonces esto puede resultar en la producción de neutrones que son cinemáticamente enfocados y producidos a una alta velocidad.
Una vez producidos los neutrones, es posible termalizarlos, por ejemplo, en agua o parafina. Esto produce un conjunto de neutrones cuyo espectro energético es maxwelliano y corresponde a la temperatura de la sustancia utilizada para termalizarlos.
También se pueden filtrar los neutrones por la velocidad. Así, por ejemplo, una vez producida una población de neutrones térmicos, se podría seleccionar un subconjunto de ellos con algún pequeño rango de velocidades. Dos técnicas para hacerlo son medir su tiempo de vuelo (y simplemente ignorar los que tienen un tiempo de vuelo incorrecto) y refractarlos a través de un prisma, que, sorprendentemente, funciona de forma muy parecida a un prisma óptico.
Un artículo clásico que utiliza y describe un montón de estas técnicas es Zeilinger et al., "Single- and Double-slit diffraction of neutrons," Rev Mod Phys 60 (1988) 1067, en el que midieron la difracción de doble rendija de los neutrones. El artículo se puede encontrar en línea (posiblemente de forma ilegal si las leyes de derechos de autor de tu país son tan represivas como las mías).
Por supuesto que se puede generar una fuerza muy modesta en el enfoque de Stern-Gerlach, pero no vale para hacer una viga.
Todo depende del gradiente del campo magnético... Estoy bastante seguro de que las estrellas de neutrones producen energías de neutrones bastante notables de esa manera. Eso, por supuesto, no es una técnica útil aquí en la Tierra.
ah Stern-Gerlach es un buen enfoque. Incluso un pequeño gradiente en una guía de ondas larga podría ser lo suficientemente bueno para enfocar el haz de neutrones, aunque no produzca mucha aceleración longitudinal. Deberías escribir un artículo sobre ello @dmckee
Aunque un neutrón es eléctricamente neutro, tiene un momento dipolar magnético distinto de cero. Interactúa con un campo magnético para dar un potencial
$$ U = \vec{\mu} \cdot \vec{B} $$
Un gradiente de intensidad de campo magnético dará una fuerza
$$ \vec{F} = \nabla|\vec{\mu} \cdot \vec{B} | $$
No es posible producir grandes gradientes de campo sostenidos, ni es posible modularlos rápidamente del modo en que se aceleran las partículas cargadas en las cavidades de radiofrecuencia. Esto significa que sólo sirve para aceleraciones muy pequeñas y energías bajas. Cuantitativamente, el neutrón tiene $\mu \approx 50\,\mathrm{neV/T}$ y los campos magnéticos típicos de los laboratorios son de unos pocos Tesla, por lo que sólo los neutrones con energías $\lt few \times 100\,\mathrm{neV}$ se ven afectadas de forma apreciable.
Algunos experimentos atrapan neutrones ultrafríos en una botella magnética -en una trampa, siempre hay una fuerza restauradora, y este es el método que utilizan.
Para fabricar un haz de neutrones de alta energía, los aceleradores producen un haz de alta energía de partículas cargadas (normalmente protones), y utilizan un blanco para convertirlas en neutrones en el último instante posible.
Sí. Los neutrones son eléctricamente neutros, pero tienen un momento magnético. Puedes acelerar una barra magnética con un campo magnético, así que también puedes acelerar un neutrón con un campo magnético. Para la mayoría de los haces, el cambio de energía es bastante insignificante, pero hay una gran excepción para los neutrones ultrafríos (UCN), que casualmente son mi especialidad.
Los UCN tienen menos de 300 neV de energía cinética (léase: rebote lo suficientemente lento en una pared de Ni pulida), y ganan 60neV/T, por lo que un imán de 5T (imagina un imán de resonancia magnética muy potente) puede duplicar con creces la energía de un neutrón, siempre que vaya lo suficientemente lento (y esté polarizado correctamente).
Los experimentos con UCN suelen tener una región en la que los UCN se "convierten" (léase: se dispersan hacia abajo desde energías más altas) que tiene que soportar la presión del gas, y una región que funciona mejor bajo alto vacío. Estas dos regiones están separadas por una fina pieza de metal (a menudo de aluminio) llamada lámina. Se perdería una lote de sus neutrones en la lámina si sólo deja pasar los rápidos, por lo que suele colocar un imán fuerte alrededor de la lámina, que acelera los neutrones para que tengan más energía que la barrera de la lámina. Cuando los neutrones salen del imán, pierden de nuevo esa energía y vuelven a la población de <300neV que se quiere estudiar.
En términos de viabilidad, ¿sería posible obtener un neutrón acelerado hasta el rango de varios MeV - GeV utilizando un electroimán oscilante de CA?
Esta respuesta sería más útil si especificara que para obtener una aceleración lineal (en lugar de sólo una rotación) se requiere un campo magnético no uniforme.
@HydroGuy, eso sería muy difícil. De hecho, lo haríamos amor el efecto contrario: los neutrones se "fabrican" (se liberan, en realidad) en el rango de los MeV, (desde los reactores y las fuentes de espalación), pero los necesitamos en la escala de los neV. Eso es un campo magnético de algo así como $10^{14}$ T, que es entre mil y un millón de veces más intenso que lo que creemos que emiten los magnetares. Nuestra tecnología aún no está tan avanzada.
¿Cómo es posible acelerar un neutrón?
Los neutrones tienen un momento dipolar, por lo que pueden ser "acelerados" en la medida en que girarán en un campo magnético, que es su principal interacción con el campo electromagnético.
Es posible acelerar una partícula cargada en un campo eléctrico, ¿cómo es posible acelerar un neutrón?
Los neutrones también interactúan por la fuerza de la gravedad y las fuerzas fuertes y débiles, por lo que en los experimentos típicos (basados en la Tierra), esperamos a que los neutrones sean expulsados de los núcleos en los isótopos radiactivos. También se podría dirigir los neutrones hacia abajo para acelerarlos con la fuerza de la gravedad, pero eso no cambiará mucho la velocidad aquí en la Tierra. Sobre todo porque tienen una vida media de 10 minutos.
¿Cómo podemos controlar su velocidad?
Los campos magnéticos no realizan ningún trabajo, por lo que su velocidad se mantendrá constante, pero como he dicho, se puede conseguir que giren durante su breve vida.
Si me pusiera pedante (y hago física, así que eso es una cosa), diría que la forma más fácil es acelerar una partícula cargada que tenga neutrones.
No estoy seguro de que sea cierto que "los campos magnéticos no hacen ningún trabajo". Esto es cierto para la fuerza de Lorentz q(v x B), pero no para mu.Grad(B).
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Una fuente práctica de neutrones emitidos suele ser un acelerador de protones que golpea un blanco fijo. Los Estados Unidos tienen una instalación llamada Spallation Neutron Source neutrons.ornl.gov/about . Aquí encontrará más información sobre el espectro de neutrones de esta instalación de la que nunca quiso saber... trace.tennessee.edu/cgi/
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¿No se puede utilizar en principio un campo gravitatorio?
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Y para variar, aquí es la versión del Reino Unido.