Żyroskop kwantowy

Żyroskop kwantowy zasady jest bardzo czułym urządzeniem do pomiaru rotacji kątowej w oparciu o mechaniki kwantowej . Pierwszy z nich został zbudowany przez Richarda Packarda i jego współpracowników z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Ekstremalna czułość oznacza, że teoretycznie większa wersja może wykryć takie skutki, jak drobne zmiany w prędkości obrotowej Ziemi.

Zasada

W 1962 roku doktorant Uniwersytetu Cambridge , Brian Josephson, postawił hipotezę, że prąd elektryczny może przepływać pomiędzy dwoma materiałami nadprzewodzącymi, nawet jeśli są oddzielone cienką warstwą izolacyjną. Termin „ efekt Josephsona” zaczął odnosić się ogólnie do różnych zachowań zachodzących w dowolnych dwóch słabo połączonych makroskopowych układach kwantowych – układach składających się z cząsteczek, które mają identyczne właściwości falowe. Między innymi efekt Josephsona oznacza, że gdy występują dwa nadciekły (płyny o zerowym tarciu) są połączone za pomocą słabego ogniwa, a do nadcieczy po jednej stronie słabego ogniwa przykłada się ciśnienie, płyn będzie oscylować z jednej strony słabego ogniwa na drugą. ^{[ potrzebne źródło ]}

Zjawisko to, znane jako gwizdanie kwantowe, występuje, gdy wywierane jest ciśnienie w celu przepchnięcia nadcieczy przez bardzo mały otwór, podobnie jak dźwięk powstaje w wyniku wdmuchiwania powietrza przez zwykły gwizdek . Pierścieniowa rurka wypełniona nadciekłym, zablokowana barierą zawierającą maleńki otwór, mogłaby w zasadzie zostać wykorzystana do wykrywania różnic ciśnień spowodowanych zmianami ruchu obrotowego pierścienia, pełniąc w efekcie funkcję czułego żyroskopu . Po raz pierwszy zademonstrowano gwizdanie nadciekłe przy użyciu helu-3 , który ma tę wadę, że jest rzadki i drogi oraz wymaga wyjątkowo niskiej temperatury (kilka tysięcznych Kelvina). Zwykły hel-4 , który w temperaturze 2 kelwinów pozostaje w stanie nadciekłym, jest znacznie bardziej praktyczny, ale jego kwantowy gwizd jest zbyt słaby, aby można go było usłyszeć przez pojedynczy otwór o praktycznych rozmiarach. Problem ten rozwiązano, stosując bariery z tysiącami dziur, w efekcie chór kwantowych gwizdków wytwarzających fale dźwiękowe, które wzmacniały się nawzajem poprzez konstruktywną interferencję . ^{[ potrzebne źródło ]}

Równanie

{\ Displaystyle I_ {c} \ propto \ cos \ pi {\ Frac {2 \ Omega \ cdot A} {\ kappa _ {s}}}}

Gdzie jest wektorem $rotacji , A$ $.$ wektorem pola, a cyrkulacji helu-3

Simmonds, Karolina Południowa; Marczenkow, A.; Hoskinson, E.; Davis, JC; Packard, RE (2001). „Kwantowa interferencja nadciekłego 3He”. Natura . 412 (6842): 55–58. Bibcode : 2001Natur.412...55S . doi : 10.1038/35083518 . ISSN 0028-0836 . PMID 11452302 . S2CID 4413976 .
Barker, BM; O'Connell, RF (1970). „Wyprowadzenie równań ruchu żyroskopu z kwantowej teorii grawitacji”. Przegląd fizyczny D. 2 (8): 1428–1435. Bibcode : 1970PhRvD...2.1428B . doi : 10.1103/PhysRevD.2.1428 . ISSN 0556-2821 .
Roberta Sandersa (31 stycznia 2005). „Nadciekły hel-4 gwiżdże we właściwą melodię” . Raport Innowacji . Źródło 30 marca 2019 r .

Zobacz też