Сверхтекучий гелий чувствует, как крутится Земля ⚡ экспресс
Предложен лабораторный эксперимент по локальному измерению эффекта увлечения инерциальных систем (frame-dragging) на Земле с использованием макроскопических квантовых свойств сверхтекучего ⁴He в гироскопе на основе одиночного джозефсоновского перехода. Получены выражения для вкладов эффектов увлечения, геодезического и Томаса в динамику сверхтекучего гироскопа, описан метод их экспериментального измерения. Оценен тепловой шумовой порог и показано, что при милликельвиновых температурах, ожидаемых для будущих джозефсоновских переходов с нанопористыми 2D-материалами, достигается очень высокая чувствительность. При использовании материалов с минимальными механическими потерями спектральная плотность шума составляет 5×10⁻¹⁷ рад/с/√Гц при 10 мК, чего достаточно для разрешения скорости увлечения с точностью 0.2% за одну секунду, что соответствует вращательной чувствительности в один оборот за 4 миллиарда лет. Эта экстремальная чувствительность эквивалентна измерению разницы собственного времени порядка 10⁻³⁵ с.
Согласно теории Эйнштейна, вращение Земли увлекает за собой само пространство-время — как ложка увлекает густой мед. Этот эффект невероятно слаб: примерно один оборот за миллиарды лет. Но его можно поймать. Ученые предлагают эксперимент на столе: в сверхтекучий гелий — жидкость, которая течет совсем без трения, — помещают чувствительный детектор. Вращение рождает в гелии микроскопические квантовые вихри, и прибор считает их с фантастической точностью. Расчеты показывают: он заметит даже поворот, который длится четыре миллиарда лет — почти столько же, сколько существует Земля. Такая точность позволит проверить теорию гравитации прямо в лаборатории, а не только в космосе.
Чувствительность прибора такова, что он улавливает вращение, которое в триллионы раз медленнее, чем движение часовой стрелки. Для сравнения: у черных дыр этот же эффект увлечения разгоняет вещество до околосветовых скоростей.
🎯 Эффект предсказан в 1918 году, но измерить его смогли лишь в 2004-м — с помощью спутников.
🎬 В «Интерстеллар» этот эффект закручивает пространство-время вокруг черной дыры так сильно, что на планете Миллер вздымаются гигантские волны.