Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, Австрийской академии наук и Калифорнийского технологического института предложили конструкцию квантового датчика, способного измерить в лаборатории эффект увлечения пространства-времени вращающейся Землёй. Это явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, известно как эффект Лензе — Тирринга, или фрейм-драггинг. Об этом рассказывает сайт Phys.org.
Согласно теории, вращение массивного объекта, такого как Земля, слегка увлекает за собой окружающее пространство-время. Этот эффект крайне мал, и его регистрация требует сверхчувствительных приборов. Учёные предлагают использовать для этого гирометр, заполненный сверхтекучим гелием-4, который при охлаждении ниже 2,17 кельвина (около −271°C) теряет вязкость и течёт без трения.
Принцип работы датчика основан на квантовой разности фаз, возникающей на специальном барьере с нанопорами — аналоге джозефсоновского перехода — при вращении устройства. Измеряя движение механической диафрагмы, соединённой с контуром сверхтекучего гелия, можно зафиксировать эту разность фаз. Подобные сенсоры уже создавались в Беркли, но они не позволяли уловить столь слабый сигнал из-за тепловых помех.
Новая работа, опубликованная в Physical Review Letters, показывает, что охлаждение датчика до 10 милликельвинов — значительно ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние — способно подавить тепловой шум. По расчётам авторов, такой гирометр сможет достичь чувствительности, сравнимой с лучшими космическими измерениями эффекта, но за меньшее время и в земной лаборатории. Кроме того, прибор может позволить изучать процессы на временных масштабах, близких к планковскому времени, что открывает возможности для проверки теорий квантовой гравитации.
Сейчас учёные планируют экспериментальную реализацию датчика, для чего необходимо создать джозефсоновские переходы для сверхтекучего гелия-4, работающие при милликельвиновых температурах. Работа в этом направлении уже ведётся в лаборатории Калтеха.