Nêutrons (azul), que pode penetrar em objetos sólidos (como uma parede de aço cinza), não tem carga elétrica. Contudo, os spins magnéticos dos nêutrons em movimento são afetados por um campo elétrico (verde), experimentando um ligeiro ajuste em sua direção de rotação à medida que passam pelo campo. Esta mudança de direção de rotação (ângulo vermelho) pode ser medida por polarimetria (usando um filtro de rotação de nêutrons e solenóide, representado pela bobina), oferecendo um método potencial para inspecionar dispositivos elétricos que não podem ser observados diretamente. Crédito:N. Hanacek / NIST
Em um avanço potencial para a tecnologia de imagem, cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e Sandia National Laboratories desenvolveram uma maneira de usar nêutrons para detectar campos elétricos em espaços que são inacessíveis por sondas convencionais.
Seu método não destrutivo, mas penetrativo, descrito no jornal Cartas de revisão física , pode levar a dispositivos de detecção que podem ver através das paredes para detectar os campos elétricos em componentes eletrônicos - uma capacidade claramente útil para triagem de segurança e outras aplicações de diagnóstico.
"Esta é a primeira vez que alguém consegue imaginar um campo elétrico que foi fisicamente isolado, "disse Dan Hussey, um físico do NIST. "Pode haver algo que você não deseja desmontar, mas deseja inspecionar. Esta abordagem pode oferecer uma maneira de ver seus campos elétricos, mesmo que haja barreiras no caminho."
A técnica requer um feixe intenso de nêutrons polarizados, as partículas que, junto com os prótons, formam os núcleos de todos os elementos, exceto o hidrogênio simples. Os nêutrons possuem a capacidade de penetrar em materiais densos, como metais, que bloqueiam a passagem de outras partículas ou tipos de radiação.
Ao contrário das partículas carregadas, como prótons carregados positivamente, nêutrons não possuem carga elétrica líquida. Contudo, eles têm uma propriedade magnética chamada spin, que pode ser manipulado por um campo magnético. A direção do spin do nêutron é afetada pelo magnetismo - algo que a equipe de pesquisa usou a seu favor.
"O nêutron é eletricamente neutro, e ainda estamos usando para sentir o campo elétrico, "Disse Hussey.
A ideia surgiu com o físico Sandia Yuan-Yu Jau, que recentemente iniciou um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório (LDRD) para detectar campos elétricos em espaços inacessíveis por sondas convencionais. Para perceber isso, Jau precisava de uma boa fonte de nêutrons e detectores capazes - necessidades que o levaram ao NIST Center for Neutron Research (NCNR).
Quando um nêutron passa pelo campo elétrico, é equivalente ao campo elétrico movendo-se em direção a um nêutron estacionário; apenas a perspectiva, ou quadro de referência, é diferente. E quando a fonte de um campo elétrico se move, ele gera um campo magnético.
Mesmo para o forte campo elétrico empregado neste experimento de demonstração, o campo magnético efetivo era fraco (cerca de 50 vezes menor que o campo magnético da Terra). No entanto, este campo magnético fraco inclinou ligeiramente a direção do spin magnético do nêutron. Nos experimentos, o ângulo de inclinação era inferior a um grau, mas usando um método de polarimetria sensível desenvolvido pela equipe, uma pequena rotação foi medida com uma precisão de cerca de um centésimo de grau.
Para fazer essa medição precisa, Hussey e seus colegas do NIST se basearam nas capacidades estabelecidas do NCNR em polarimetria para desenvolver um método que é cerca de 100 vezes mais sensível do que a polarimetria convencional. Seu método depende do comportamento dos giros dos nêutrons à medida que eles passam por um tipo de eletroímã chamado solenóide, usado em conjunto com um filtro de rotação de nêutron polarizado. Este dispositivo foi desenvolvido para outros fins, mas provou ser ideal para esta pesquisa.
As condições do experimento podem parecer minar o valor prático da técnica para uso no campo, já que a equipe precisava de um reator inconvenientemente grande para gerar o feixe de nêutrons. Contudo, menor, existem geradores de nêutrons disponíveis comercialmente, sugerindo que o método poderia um dia ser controlado por equipamento portátil se pudesse gerar um feixe de nêutrons forte o suficiente.
Hussey enfatizou que os resultados demonstram apenas que o conceito é válido. "Não avançamos para tentar ver dentro de objetos de metal, mas isso vai acontecer em um futuro próximo, " ele disse.
Contudo, a técnica de detecção pode encontrar mais usos à medida que os pesquisadores projetam experimentos em torno dela.
"Você pode querer diagnosticar eletrônicos de alta tensão enquanto eles estão operando, ou potencialmente estudar materiais que têm propriedades elétricas em ambientes de amostra, "Disse Hussey." Agora que a capacidade existe, talvez surjam outras ideias. "
Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.
