Un giroscopio cuántico es un dispositivo muy sensible para medir la rotación angular según los principios de la mecánica cuántica . El primero de ellos ha sido construido por Richard Packard y sus colegas de la Universidad de California , Berkeley. La sensibilidad extrema significa que, en teoría, una versión más grande podría detectar efectos como cambios mínimos en la tasa de rotación de la Tierra.
Principio
En 1962, el estudiante de doctorado de la Universidad de Cambridge , Brian Josephson, planteó la hipótesis de que una corriente eléctrica podía viajar entre dos materiales superconductores incluso cuando estaban separados por una fina capa aislante. El término efecto Josephson ha llegado a referirse genéricamente a los diferentes comportamientos que ocurren en dos sistemas cuánticos macroscópicos débilmente conectados: sistemas compuestos por moléculas que poseen todas idénticas propiedades ondulantes. Entre otras cosas, el efecto Josephson significa que cuando dos superfluidos (fluidos de fricción cero) se conectan usando un eslabón débil y se aplica presión al superfluido en un lado de un eslabón débil, el fluido oscilará de un lado del eslabón débil a el otro. [ cita requerida ]
Este fenómeno, conocido como silbido cuántico, ocurre cuando se aplica presión para empujar un superfluido a través de un agujero muy pequeño, algo así como el sonido se produce al soplar aire a través de un silbato ordinario . Un tubo en forma de anillo lleno de superfluido, bloqueado por una barrera que contiene un pequeño orificio, podría usarse en principio para detectar diferencias de presión causadas por cambios en el movimiento de rotación del anillo, funcionando de hecho como un giroscopio sensible . El silbido de superfluidos se demostró por primera vez utilizando helio-3 , que tiene la desventaja de ser escaso y caro, y requiere una temperatura extremadamente baja (unas milésimas de Kelvin). El helio-4 común , que permanece superfluido a 2 Kelvin, es mucho más práctico, pero su silbido cuántico es demasiado débil para ser escuchado con un solo agujero de tamaño práctico. Este problema se superó mediante el uso de barreras con miles de agujeros, en efecto, un coro de silbidos cuánticos que producían ondas sonoras que se reforzaban entre sí mediante interferencias constructivas . [ cita requerida ]
Ecuación
Dónde es el vector de rotación, A es el vector de área y es el cuanto de circulación del helio-3.
Referencias
- Simmonds, RW; Marchenkov, A .; Hoskinson, E .; Davis, JC; Packard, RE (2001). "Interferencia cuántica del superfluido 3He". Naturaleza . 412 (6842): 55–58. doi : 10.1038 / 35083518 . ISSN 0028-0836 .
- Barker, BM; O'Connell, RF (1970). "Derivación de las ecuaciones de movimiento de un giroscopio a partir de la teoría cuántica de la gravitación". Physical Review D . 2 (8): 1428–1435. doi : 10.1103 / PhysRevD.2.1428 . ISSN 0556-2821 .
- Robert Sanders (31 de enero de 2005). "El superfluido helio-4 silba la melodía adecuada" . Informe de innovaciones . Consultado el 30 de marzo de 2019 .