我们能让中子沿着弯曲的路径运动吗？NIST的科学家们说是的，但只有当它们变成不可思议的艾里光束（Airy beams）时？

中子束被用来在原子水平上探测材料的结构和性质。它们在材料科学、生物学、化学和工程学中都很有用，可以用来开发更好的药物、更坚固的材料和更安全的核反应堆。

美国国家标准与技术研究所（NIST）的科学家们首次成功地利用中子产生了艾里光束（Airy beams）。这些特殊的中子束沿着弯曲的路径，能够在最深的层次上研究物质。

这种光束具有独特的特性，包括能够在没有外力的情况下加速，在行进过程中抵抗扩散（无衍射），并在遇到障碍物后重建其形状（自我修复）。

“我们已经引入并实验证明了中子艾里光束的产生和探测，”NIST团队在他们的研究中指出。

制造中子艾里光束的诀窍

制造中子艾里光束一直是一个挑战，因为中子不携带电荷，与物质的相互作用很弱，这使得它们很难用传统的光学技术来控制或聚焦。

与光或电子不同，中子不容易被透镜或磁场塑造。此外，它们的相干性和强度都很低，这对于产生艾里光束所需的结构化波形至关重要。

为了克服所有这些挑战，该研究的作者建造了一个定制的设备，其中包括一个方形的硅，上面有数百万条精确蚀刻的线条。当你放大这个设备时，你会发现这些线排列在600万个彼此间隔相等的小正方形中。

这不是普通的设置。研究人员多年来测试了不同的排列方式，最终，他们发现了一种将常规中子束分成艾里光束的排列方式。“我们花了数年的时间才弄清楚（硅）阵列的正确尺寸，”该研究的作者之一、滑铁卢大学教授德米特里·普辛（Dmitry Pushin）说。

现在，每当一个常规中子束通过这个优化的硅装置时，它就会转变成艾里光束。

“我们已经知道这些奇怪的、自我导向的波浪模式有一段时间了，但直到现在，还没有人用中子制造过它们。这为控制中子束开辟了一种全新的方式，它可以帮助我们看到材料内部或探索物理学中的一些重大问题，”该研究的作者之一迈克尔·休伯说。

一束，多种可能

由于中子艾里光束可以沿着弯曲的路径并在更长的距离内保持其形状，它们可以提高中子成像的分辨率，使其更容易在不损坏复杂材料的情况下发现材料内部的细节。

例如，在中子散射实验中，艾里光束可用于聚焦样品内的特定区域，例如金属部件内部的应力点或电池和燃料电池的内部结构。

另一个有希望的领域是艾里光束与其他类型中子束的结合。这可以让科学家们为特定的任务定制它们，比如检测量子材料中的磁性结构，探测先进半导体中的缺陷，以及研究生物分子中的手性结构。

即使你在众多途径中选择一个，其影响也是巨大的。例如，假设科学家能够使用这些光束控制手性，这可以帮助我们创造更好的药物和更强大的量子计算机。

“仅手性药物的全球市场每年就超过2000亿美元，手性催化技术是许多化学产品制造的基础，”NIST团队指出。

这项研究发表在《物理评论快报》杂志上。

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