Κβαντικό γυροσκόπιο

Το κβαντικό γυροσκόπιο είναι μια πολύ ευαίσθητη συσκευή για τη μέτρηση της γωνιακής περιστροφής με βάση τις αρχές της κβαντομηχανικής. Η πρώτη από αυτές κατασκευάστηκε από τον Richard Packard και τους συναδέλφους του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ. Η εξαιρετική ευαισθησία σημαίνει ότι θεωρητικά, μια μεγαλύτερη έκδοση θα μπορούσε να ανιχνεύσει φαινόμενα όπως ελάχιστες αλλαγές στον ρυθμό περιστροφής της γης.

Αρχή
Το 1962, ο διδακτορικός φοιτητής του Πανεπιστημίου Cambridge, Brian Josephson, υπέθεσε ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα μπορούσε να ταξιδέψει μεταξύ δύο υπεραγώγιμων υλικών ακόμη και όταν χωρίζονταν από ένα λεπτό μονωτικό στρώμα. Ο όρος φαινόμενο Josephson έχει καταλήξει να αναφέρεται γενικά στις διαφορετικές συμπεριφορές που εμφανίζονται σε οποιαδήποτε δύο ασθενώς συνδεδεμένα μακροσκοπικά κβαντικά συστήματα - συστήματα που αποτελούνται από μόρια που όλα διαθέτουν πανομοιότυπες κυματικές ιδιότητες. Μεταξύ άλλων, το φαινόμενο Josephson σημαίνει ότι όταν δύο υπερρευστά (ρευστά μηδενικής τριβής) συνδέονται χρησιμοποιώντας έναν ασθενή κρίκο και ασκείται πίεση στο υπερρευστό στη μία πλευρά ενός ασθενούς κρίκου, το ρευστό θα ταλαντώνεται από τη μία πλευρά του ασθενούς κρίκου στην άλλη.

Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως κβαντικό σφύριγμα, συμβαίνει όταν ασκείται πίεση για να ωθηθεί ένα υπερρευστό μέσα από μια πολύ μικρή τρύπα, κάπως όπως παράγεται ήχος φυσώντας αέρα μέσα από μια συνηθισμένη σφυρίχτρα. Ένας δακτυλιοειδής σωλήνας γεμάτος με υπερρευστό, μπλοκαρισμένος από ένα φράγμα που περιέχει μια μικροσκοπική τρύπα, θα μπορούσε καταρχήν να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση διαφορών πίεσης που προκαλούνται από αλλαγές στην περιστροφική κίνηση του δακτυλίου, λειτουργώντας ουσιαστικά ως ένα ευαίσθητο γυροσκόπιο. Το υπερρευστό σφύριγμα αποδείχθηκε για πρώτη φορά χρησιμοποιώντας ήλιο-3, το οποίο έχει το μειονέκτημα ότι είναι σπάνιο και ακριβό, και απαιτεί εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία (μερικά χιλιοστά του Kelvin). Το κοινό ήλιο-4, το οποίο παραμένει υπερρευστό στους 2 Kelvin, είναι πολύ πιο πρακτικό, αλλά το κβαντικό σφύριγμά του είναι πολύ αδύναμο για να ακουστεί με μία μόνο οπή πρακτικού μεγέθους. Αυτό το πρόβλημα ξεπεράστηκε χρησιμοποιώντας φράγματα με χιλιάδες οπές, στην πραγματικότητα μια χορωδία κβαντικών σφυριγμάτων που παράγουν ηχητικά κύματα που ενισχύονται το ένα το άλλο μέσω εποικοδομητικής συμβολής.

Εξίσωση

Όπου  είναι το διάνυσμα περιστροφής, A είναι το διάνυσμα εμβαδού και  είναι το κβάντο κυκλοφορίας του ηλίου-3.

Πηγές




Κατηγορία:Υπεραγωγιμότητα
Κατηγορία:Κβαντική μηχανική