Кванттық гироскоп: Жер айналысының өте төмен өзгерістерін анықтауға арналған құрал
Quantum gyroscope
Кванттық гироскоп: бұрыштық айналуды өлшеуге арналған аса сезімтал құрылғы. Жозефсон эффектісі негізінде жұмыс істейді, Жер айналысының өте шағын өзгерістерін анықтай алады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кванттық гироскоп – кванттық механика принциптеріне негізделген бұрыштық айналуды өлшеуге арналған өте сезімтал құрылғы. Мұндай құрылғының алғашқысын Калифорния университетінің (Беркли) профессоры Ричард Пэккард және оның әріптестері жасаған. Өте жоғары сезімталдығының арқасында, теориялық тұрғыдан алғанда, үлкен нұсқасы Жердің айналу жылдамдығындағы ең кішкентай өзгерістер сияқты әсерлерді де анықтай алады.
Device used for orientation based on quantum mechanics, it is the most sensitive version
A quantum gyroscope is a very sensitive device to measure angular rotation based on quantum mechanical principles. The first of these was built by Richard Packard and his colleagues at the University of California, Berkeley. The extreme sensitivity means that theoretically, a larger version could detect effects like minute changes in the rotational rate of the Earth.
Принцип
1962 жылы Кембридж университетінің докторанты Брайан Джозефсон электр тогы екі суперөткізгіш материалдың арасында, тіпті олар жұқа оқшаулағыш қабатпен бөлінген жағдайда да жүріп өте алады деген гипотеза ұсынды. «Джозефсон эффектісі» термині енді кез келген екі әлсіз байланысқан макроскопиялық кванттық жүйеде кездесетін әртүрлі мінез-құлықтарды жалпылама сипаттау үшін қолданылады – молекулалардан тұратын, барлығы бірдей толқындық қасиеттерге ие жүйелер. Басқа нәрселермен қатар, Джозефсон эффектісі екі суперсұйықтық (сүргішсіз сұйықтықтар) әлсіз байланыс арқылы қосылғанда және әлсіз байланыстың бір жағындағы суперсұйықтыққа қысым қолданғанда, сұйықтық әлсіз байланыстың бір жағынан екінші жағына тербеледі дегенді білдіреді. «Кванттық сыбызғы» деп аталатын бұл құбылыс, ауаны әдеттегі сыбызғы арқылы үрлегенде пайда болатын дыбыс сияқты, өте кішкентай тесіктен суперсұйықтықты итеру үшін қысым қолданғанда пайда болады. Кішкентай тесігі бар тосқауылмен жабылған сақина тәрізді суперсұйықтыққа толы түтік, принципте, сақинаның айналу қозғалысының өзгеруінен туындаған қысым айырмашылықтарын анықтап, сезімтал гироскоп ретінде жұмыс істей алады. Суперсұйықтық сыбызғысы алғаш рет гелий-3 арқылы көрсетілді, бірақ оның кемшілігі – сирек және қымбат болуы, сондай-ақ өте төмен температураны (кельвиннің бірнеше мыңнан бір бөлігі) талап етуі. 2 Кельвин температурасында суперсұйықтық күйінде қалатын гелий-4 әлдеқайда ыңғайлырақ, бірақ оның кванттық сыбызғысы бір ғана ірі тесіктен естілуге тым әлсіз. Бұл мәселе мыңдаған тесіктері бар тосқауылдарды қолдану арқылы шешілді, нәтижесінде бір-бірін күшейтетін дыбыс толқындарын тудыратын кванттық сыбызғылардың хоры пайда болды.
In 1962, Cambridge University PhD student Brian Josephson hypothesized that an electric current could travel between two superconducting materials even when they were separated by a thin insulating layer. The term Josephson effect has come to refer generically to the different behaviors that occur in any two weakly connected macroscopic quantum systems—systems composed of molecules that all possess identical wavelike properties. Among other things, the Josephson effect means that when two superfluids (zero friction fluids) are connected using a weak link and pressure is applied to the superfluid on one side of a weak link, the fluid will oscillate from one side of the weak link to the other. This phenomenon, known as quantum whistling, occurs when pressure is applied to push a superfluid through a very small hole, somewhat as sound is produced by blowing air through an ordinary whistle. A ring shaped tube full of superfluid, blocked by a barrier containing a tiny hole, could in principle be used to detect pressure differences caused by changes in rotational motion of the ring, in effect functioning as a sensitive gyroscope. Superfluid whistling was first demonstrated using helium 3, which has the disadvantage of being scarce and expensive, and requiring extremely low temperature (a few thousandths of a Kelvin). Common helium 4, which remains superfluid at 2 Kelvin, is much more practical, but its quantum whistling is too weak to be heard with a single practical sized hole. This problem was overcome by using barriers with thousands of holes, in effect a chorus of quantum whistles producing sound waves that reinforced one another by constructive interference.
Теңдеу
қайдағы айналу векторы, A – аудан векторы, ал – гелий-3 айналымының кванты.
Where is the rotation vector, A is the area vector, and is the quantum of circulation of helium 3.