Neutronen – Eigenschaften und Möglichkeiten

Das Neutron: Teilchen und Welle

Für die meisten Experimente mit Neutronen ist entscheidend, dass Neutronen sich nach der Quantenphysik sowohl als Teilchen als auch als Wellen verhalten. Denn die meisten Neutronenstreuexperimente nutzen Interferenzphänomene, die entstehen, wenn sich mehrere Wellen überlagern.

Neutronen zeigen Struktur

Neutronen kann man daher auch eine Wellenlänge zuordnen. Diese ist gerade ungefähr so gross wie die untersuchten Strukturen, was die Streuexperimente und Strukturbestimmungen erst ermöglicht. Für ein normales Mikroskop wären diese Strukturen hingegen viel zu klein. Oftmals ergänzen sich Untersuchungen mit Neutronen und anderen Sonden wie z.B. Röntgenstrahlung, weil beide Sonden jeweils andere Atome gut sichtbar machen können.

Neutronen zeigen Bewegung

Mit Neutronen können darüber hinaus auch Bewegungsprozesse im Inneren eines Festkörpers untersucht werden – z.B. wenn Atome des Kristallgitters gegeneinander schwingen. Im Experiment schickt man einen Strahl von Neutronen bestimmter Geschwindigkeit durch eine Probe und misst, wie sich die Geschwindigkeit – und damit die Bewegungsenergie – durch die Wechselwirkung mit der Probe verändert hat. Die Änderung der Energie der Neutronen entspricht dann der Energie einer möglichen Bewegung im untersuchten Festkörper.

Neutronen zeigen Magnetismus

In vielen Materialien tragen die Atome ein magnetisches Moment – sie wirken gewissermassen wie winzige Stabmagnete. Ihre Anordnung bestimmt über die magnetischen Eigenschaften des Materials. Neutronen liefern Information über diese magnetische Struktur, weil sie selbst auch ein magnetisches Moment tragen und so wie winzige Kompassnadeln auf ihrem Weg durch die Probe Informationen über die magnetische Struktur aufsammeln können.