美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們?yōu)橛跋窦夹g(shù)邁出了潛在的一步，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種使用中子來(lái)檢測(cè)常規(guī)探頭無(wú)法到達(dá)的空間中電場(chǎng)的方法。

在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)中描述了它們的非破壞性但具有穿透性的方法，它可能導(dǎo)致傳感設(shè)備可以穿透墻壁，以檢測(cè)電子組件中的電場(chǎng)，這對(duì)于安全性檢查和其他診斷應(yīng)用而言無(wú)疑是有用的功能。

NIST物理學(xué)家Dan Hussey說(shuō)：“這是任何人第一次能夠?qū)ξ锢砀綦x的電場(chǎng)進(jìn)行成像。” “可能有些東西你不想拆開(kāi)，但要檢查。即使障礙物擋在了路上，這種方法也可能提供一種查看其電場(chǎng)的方法。”

該技術(shù)需要一束強(qiáng)烈的極化中子束，中子與質(zhì)子一起形成除簡(jiǎn)單氫以外的所有元素的核。中子具有穿透致密材料(例如金屬)的能力，這些材料會(huì)阻止其他粒子或輻射類(lèi)型的通過(guò)。

與帶電粒子(例如帶正電的質(zhì)子)不同，中子沒(méi)有凈電荷。但是，它們確實(shí)具有一種稱(chēng)為自旋的磁性，可以通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)操縱。在中子的自旋方向由磁性，使用的東西對(duì)自己有利的科研團(tuán)隊(duì)的影響。

休西說(shuō)：“中子是電中性的，但我們正在用它來(lái)感應(yīng)電場(chǎng)。”

這個(gè)想法起源于桑迪亞物理學(xué)家袁裕玉(Yuan-Yu Jau)，他最近開(kāi)始了實(shí)驗(yàn)室定向研究與開(kāi)發(fā)(LDRD)項(xiàng)目，以檢測(cè)傳統(tǒng)探頭無(wú)法到達(dá)的空間中的電場(chǎng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Jau需要一個(gè)良好的中子來(lái)源和功能強(qiáng)大的探測(cè)器，這一需求使他來(lái)到了NIST中子研究中心(NCNR)。

當(dāng)中子通過(guò)電場(chǎng)時(shí)，它相當(dāng)于向固定中子移動(dòng)的電場(chǎng);只有視角或參照系不同。當(dāng)電場(chǎng)源移動(dòng)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

即使對(duì)于此演示實(shí)驗(yàn)中使用的強(qiáng)電場(chǎng)，有效磁場(chǎng)也很弱(大約比地球磁場(chǎng)小50倍)。然而，這種弱磁場(chǎng)使中子的磁自旋方向略微傾斜。在實(shí)驗(yàn)中，傾斜角小于1度，但是使用該小組開(kāi)發(fā)的靈敏旋光法，可以測(cè)量到很小的旋轉(zhuǎn)，精度約為100度。

為了進(jìn)行這種精確的測(cè)量，Hussey和他的NIST同事在NCNR的偏振法能力基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一種比傳統(tǒng)偏振法靈敏度高約100倍的方法。他們的方法取決于中子的自旋行為，因?yàn)樗鼈冞M(jìn)入一種稱(chēng)為螺線管的電磁體，該電磁體與極化的中子自旋濾波器結(jié)合使用。該設(shè)備是為其他目的而開(kāi)發(fā)的，但事實(shí)證明對(duì)于該研究而言是理想的。

實(shí)驗(yàn)條件似乎削弱了該技術(shù)在該領(lǐng)域中的實(shí)用價(jià)值，因?yàn)樵搱F(tuán)隊(duì)需要一個(gè)不方便的大型反應(yīng)堆來(lái)產(chǎn)生中子束。但是，確實(shí)存在較小的，可商購(gòu)的中子發(fā)生器，這表明該方法有一天可能會(huì)被便攜式設(shè)備利用，如果它能夠產(chǎn)生足夠強(qiáng)的中子束。

Hussey強(qiáng)調(diào)，結(jié)果僅表明該概念有效。他說(shuō)：“我們并沒(méi)有試圖看到金屬物體的內(nèi)部，但是這將在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)。”

但是，隨著研究人員圍繞該技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，傳感技術(shù)可能會(huì)找到更多用途。

休西說(shuō)：“您可能想在高壓電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)對(duì)其進(jìn)行診斷，或者可能要研究樣品環(huán)境中具有電學(xué)特性的材料。” “既然能力已經(jīng)存在，也許其他想法就會(huì)出現(xiàn)。”