2026年7月9日——CANISIUS是维也纳工业大学原子研究所新开发的自旋回波中子干涉仪的官方命名。该设备能够实现对中子波的精确控制，而这在以前是无法做到的。

中子不能被想象成微小的球体；它们具有波的性质，类似于光。这一点在1974年于原子研究所的核反应堆中得到了惊人的证明——正是在这里，研究人员成功地以一种新颖的方式利用了中子的波性质：他们开发出一种测量装置，能够以特别巧妙的方式利用中子的角动量进行实验。不仅内禀角动量（即自旋）可以调节，与中子波形相关的轨道角动量也是如此。

自旋回波中子干涉仪

中子的自旋可以在磁场中发生变化，有点像地球自转轴随时间缓慢变化。这种自旋进动现象被某些测量仪器所利用——即所谓的自旋回波干涉仪。在这些仪器中，一束中子被分成两部分。这两束部分中子对磁场的反应不同，然后被重新组合。这两束部分中子是否能完美地重新组合成一束中子，或者甚至可能相互抵消，这非常敏感地取决于中子沿途所经历的情况。即便是微小的相互作用也会对最终结果产生强烈且清晰可测的影响。“这为我们进行精密实验提供了全新的可能性，”原子研究所中子与量子物理课题组组长Hartmut Abele教授说。

新方法的另一个关键优势在于：以前，通常需要所有使用的中子尽可能具有相同的速度。这意味着要剔除任何速度不符合精确要求的中子，只留下极少数中子可供测量。新设备可以使用完全非均匀的中子束，这些中子束由不同速度的中子组成——被称为“白色”中子束。“这显著提高了测量效率，”该研究论文的第一作者Niels Geerits说，“因此，这种新设备不需要高性能的中子源；我们可以在原子研究所自己的研究反应堆上使用它。”

扭曲波：“轨道角动量”态

然而，维也纳工业大学的研究人员又向前迈进了一步：“我们的新设备CANISIUS不仅能测量中子波，还能有针对性地塑造它们，”维也纳工业大学原子研究所的Stephan Sponar说，他是开发并建造这台新型自旋回波仪器的主要研究人员。中子的波性质被用于操控一种不同的角动量类型（OAM），而不是中子自旋。如果你将两束部分中子适当分离然后再合并，就可以创建一个具有空间旋转的中子波，类似于水流流入下水道的情景。在这种情况下，我们称之为中子的“轨道角动量”。

宏伟计划

新型干涉仪将同时用于材料研究（自旋回波仪器的典型应用）以及探索量子理论基本问题的实验。“有许多基本问题，比如量子力学中的基本相互作用或量子信息理论问题，这种方法都非常适合，”Stephan Sponar说。

CANISIUS背后的工程

原子研究所的新型中子仪器CANISIUS（相干平均中子自旋回波干涉与基础科学仪器）是一台自旋回波干涉仪，更确切地说是一台所谓的SESANS（自旋回波小角中子散射）仪器。目前全球只有少数几台在积极运行的SESANS仪器，例如位于荷兰代尔夫特理工大学反应堆研究所、英国ISIS中子和μ子源、美国橡树岭国家实验室（ORNL）以及中国绵阳研究堆。“这使得原子研究所和TRIGA中心在我们密集使用的250千瓦研究反应堆上又增添了一台最先进的仪器，”负责运行维也纳工业大学反应堆的TRIGA中心主任Andreas Musilek说。

为了实现高分辨率，需要沿精确相同方向行进的中子：中子束的张角越大，测量精度就越低。因此，为了高分辨率，必须使用极小的孔径，只允许具有非常特定角度的中子通过，这极大地减少了中子数量。

SESANS的根本物理优势在于其将长度分辨率与几何束发散度解耦。因此，可以分辨出明显小于束发散度的光束偏转——进而分辨出结构。由于位置和角度信息被编码在中子的自旋相位中，因此中子到达样品前的几何轨迹是次要的。