Quantengyroskop - Quantum gyroscope

Ein Quanten Gyroskop ist eine sehr empfindliche Vorrichtung zur Messung der Winkeldrehung basierend auf quantenmechanischen Prinzipien. Die erste davon wurde von Richard Packard und seinen Kollegen an der University of California in Berkeley gebaut. Die extreme Empfindlichkeit bedeutet, dass eine größere Version theoretisch Effekte wie winzige Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit der Erde erkennen könnte.

Prinzip

Im Jahr 1962 stellte Brian Josephson , Doktorand der Universität Cambridge, die Hypothese auf, dass ein elektrischer Strom zwischen zwei supraleitenden Materialien fließen kann, selbst wenn sie durch eine dünne Isolierschicht getrennt sind. Der Begriff Josephson-Effekt bezieht sich allgemein auf die unterschiedlichen Verhaltensweisen, die in zwei beliebigen schwach verbundenen makroskopischen Quantensystemen auftreten – Systemen, die aus Molekülen bestehen, die alle identische wellenförmige Eigenschaften besitzen. Der Josephson-Effekt bedeutet unter anderem, dass, wenn zwei Supraflüssigkeiten (Null-Reibungsflüssigkeiten) über ein schwaches Glied verbunden sind und Druck auf das Suprafluid auf einer Seite eines schwachen Glieds ausgeübt wird, die Flüssigkeit von einer Seite des schwachen Glieds zu das andere.

Dieses Phänomen, das als Quantenpfeifen bekannt ist, tritt auf, wenn Druck ausgeübt wird, um eine Supraflüssigkeit durch ein sehr kleines Loch zu drücken, ähnlich wie ein Ton erzeugt wird, indem Luft durch eine gewöhnliche Pfeife geblasen wird . Ein ringförmiges Röhrchen voller Supraflüssigkeit, das durch eine Barriere mit einem winzigen Loch blockiert wird, könnte im Prinzip verwendet werden, um Druckunterschiede zu erkennen, die durch Änderungen der Rotationsbewegung des Rings verursacht werden, und wirkt praktisch wie ein empfindliches Gyroskop . Superfluides Pfeifen wurde zuerst mit Helium-3 demonstriert , das den Nachteil hat, knapp und teuer zu sein und eine extrem niedrige Temperatur (einige Tausendstel Kelvin) zu erfordern. Gewöhnliches Helium-4 , das bei 2 Kelvin supraflüssig bleibt, ist viel praktischer, aber sein Quantenpfeifen ist zu schwach, um mit einem einzigen Loch praktischer Größe gehört zu werden. Dieses Problem wurde durch die Verwendung von Barrieren mit Tausenden von Löchern überwunden, in der Tat ein Chor von Quantenpfeifen, die Schallwellen erzeugten, die sich durch konstruktive Interferenz gegenseitig verstärkten .

Gleichung

${\displaystyle I_{c}\propto\cos\pi {\frac {2\Omega\cdot A}{\kappa_{s}}}}$

Wo ist der Rotationsvektor, A ist der Flächenvektor und ist das Zirkulationsquantum von Helium-3. ${\displaystyle \Omega}$${\displaystyle \kappa_{s}}$

Verweise

• Simmonds, RW; Marchenkov, A.; Hoskinson, E.; Davis, JC; Packard, RE (2001). „Quanteninterferenz von suprafluidem 3He“. Natur . 412 (6842): 55–58. doi : 10.1038/35083518 . ISSN  0028-0836 .
• Barker, BM; O'Connell, RF (1970). „Ableitung der Bewegungsgleichungen eines Gyroskops aus der Quantentheorie der Gravitation“. Physical Review D . 2 (8): 1428–1435. doi : 10.1103/PhysRevD.2.1428 . ISSN  0556-2821 .
• Robert Sanders (31. Januar 2005). "Superfluid Helium-4 pfeift genau die richtige Melodie" . Innovationsbericht . Abgerufen am 30. März 2019 .

Siehe auch

• Polariton-Interferometer
• Ringlaserkreisel
• Gyroskop
• Gyroskop mit vibrierender Struktur
• Trägheitsmesseinheit
• Halbkugelförmiges Resonator-Gyroskop

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