PHYSIK IN öSTERREICH - Austrian Physical Society

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PhysikGeschcihTe NeuTroNeNiNTerferomeTrie: fAkTeN uNd ANekdoTeN helmuT rAuch Es wird eine kurze Darstellung der Entwicklung und des derzeitigen Standes der Neutroneninterferometrie gegeben Vorgeschichte: In den Sechzigerjahren hatte ich die Gelegenheit mit Professor Gustav Ortner das Münchner „Atomei“ zu besuchen, wo uns Professor Heinz Maier-Leibnitz und seine Mitarbeiter unter anderem erzählten wie man dort mit Hilfe eines Schltz-Prismen-Interferometers versuchte ein 10 Nr. 1/2010 detector funktionsfähiges Interferometer für Neutronen zu erproben. Wegen der geringen Strahlseparation von wenigen Mikrometern blieb der Erfolg allerdings bescheiden. Etwa zur gleichen Zeit publizierten Ulrich Bonse und Michael Hart ein Interferometer für Röntgenstrahlen welches auf Bragg-Reflexionen an einem monolithisch geformten Silizium Perfektkristall beruhte und eine weite Strahlseparation von einigen Zentimetern erlaubte. Klar erkennbar war dabei, dass die ungestörte periodische Anordnung der Siliziumatome über den gesamten Kristall hinweg interferometer X-ray system Graphite monochromator Abb.1: Ursprünglicher Aufbau des Neutroneninterferometers am TRIGA Reaktor in Wien der entscheidende Faktor war um eine kohärente Strahlteilung, Reflexion und Superposition der Strahlen zu gewährleisten. Aufbauend auf unseren Erfahrungen mit der Realisierung des Nachweises der Beugung thermischer Neutronen an einem Strichgitter machten wir uns daran die Bonse-Hart Technik auf Neutronen zu übertragen, wobei wir uns zunächst die Dynamische Beugungstheorie in vielen Seminarstunden aneignen mussten. Zu diesem Verständnis trugen Dietmar Petrascheck, Ewald Balcar, Peter Skalitzky und Martin Suda wesentlich bei. Bald fand sich auch ein Dissertant, Wolfgang Treimer von der Universität Wien, der sich der Realisierung eines Bonse-Hart Interferometers für Neutronen widmete. entwicklungsphase: 1971 getraute man sich beim Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung ein Projekt einzureichen, das die Realisierung eines Perfektkristall-interferometers zum Ziel hatte (Projekt Nr. 1178). Ein Rohling eines Silizium Perfektkristalls wurde von der Firma Wacker- Chemitronik in Burghausen/Bayern beschafft und am Institut wurde eine Diamantsäge angeschafft und Erwin Seidl sowie Wolfgang Treimer gingen daran die bekannte E-Form herauszusägen. Naturgemäß gab es dabei zunächst einige Fehlschläge aber inklusive der Ratschläge von Ulrich Bonse gelang es dann doch einen geeignet geschnittenen Kristall herzustellen und gezielt zu ätzen um sämtliche Verspannungen zu beseitigen. Dieser Kristall wurde anschließend bei Professor Ulrich Bonse in Dortmund mit Röntgenstrahlen getestet und zumindest für diese Strahlung als Interferometer geeignet befunden. Parallel dazu wurde am TRIGA Reaktor in Wien ein improvisierter Aufbau geschaffen um mit monochromatischen Neutronen die Interferenzfähigkeit zu testen. Diesen Aufbau als Spektrometer zu bezeichnen wäre gewagt, aber wie sich herausstellte erfüllte er die gewünschten Anforderungen (Abb.1). Um allen Zweifel aus dem Weg zu gehen wurde auch ein Röntgenspektrometer installiert um parallel
zu den Neutronen auch Röntgeninterferenzen beobachten zu können. Während der gesamten Aufbauphase gab es immer wieder Bedenken ob sich der Kristall gegenüber Neutronen wohl ähnlich verhalten würde wie gegenüber Röntgenstrahlen zumal im Rahmen der dynamischen Beugungs-theorie essentielle Unterschiede zu Tage traten. So sind bei Neutronen infolge der relativ geringen Absorption im Kristall immer zwei Wellenfelder angeregt die stetig miteinender interferieren und ein kompliziertes und fein strukturiertes Beugungsmuster verursachen welches für Röntgenstrahlen in der Form nicht existiert. Und natürlich wurde darüber viel diskutiert wie Materieteilchen eine solche „Tortur“ der Strahlteilung mitmachen würden. Der Optimismus obsiegte dennoch und am 11. Jänner 1974 konnte Wolfgang Treimer melden, dass Interferenzoszillationen beim Drehen eines Phasenschiebers beobachtet wurden (Abb.2). Ein großer Erfolg, der allerdings zunächst nicht als solcher erkannt wurde, eher dahingehend, dass nun die Dissertation Treimer gerettet sei. Es folgten weitere Messungen mit ähnlichen Resultaten was schließlich zur entscheidenden Publikation führte. Folgen: Professor Heinz Maier-Leibnitz den diese Entwicklung sehr interessierte und der zu dieser Zeit Direktor des Abb.2: First observed neutron interferences. Instituts Laue-Langevin (ILL) in Grenoble war lud uns, d.h. die Gruppe Professor Bonse in Dortmund und unsere Gruppe aus Wien, ein das Interferometer am Hochflussreaktor in Grenoble aufzubauen. Wir erachteten das als großes Entgegenkommen und begannen den Aufbau an einem thermischen Neutronenleiter des Hochflussreaktors, wobei wir wieder Neutronen und Röntgenstrahlen parallel nutzen wollten. Zu unserer großen Überraschung konnten Physik PhysikGeschcihTe iN iN ösTerreich wir trotz großer Bemühungen zwar Röntgen- aber keine Neutroneninterferenzen beobachten und zogen uns den Hohn etlicher Kollegen über unsere früheren Messungen in Wien zu. Des Rätsels Lösung beschreibe ich im nächsten Abschnitt. Sobald das Rätsel gelöst und die Probleme behoben waren konnten gemeinsam mit Gerald Badurek, Anton Zeilinger und etlichen Dissertanten entscheidende Messungen am ILL durchführt werden, wobei besonders erwähnt Abb.3: Schematische Darstellung des Interferenzvorganges als Cartoon (nach Charles Addams, The New Yorker Magazin 1940) und als Teilchen-Welle Dualismus.
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