Вращающаяся Земля очень слабо увлекает за собой окружающее пространство-время. Это предсказание общей теории относительности Эйнштейна называют эффектом увлечения систем отсчёта. Учёные из Калифорнийского университета в Беркли, Австрийской академии наук и Калифорнийского технологического института предложили измерять этот крошечный эффект квантовым датчиком на сверхтекучем гелии. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Сверхтекучесть - состояние жидкости, в котором она течёт без трения. Гелий-4 становится сверхтекучим при охлаждении ниже 2,17 кельвина, то есть примерно до минус 271 градуса Цельсия. Авторы предлагают заполнить таким гелием кольцеобразную трубку и следить за изменениями потока через перегородку с нанопорами, так называемый джозефсоновский переход. При вращении прибора на переходе возникает квантовая разность фаз, которую регистрируют по движению механической мембраны, связанной с контуром сверхтекучей жидкости.

Похожие датчики уже создавались в лаборатории профессора Паккарда в Беркли и измеряли вращение Земли. Однако слабый сигнал от увлечения пространства-времени до сих пор терялся на фоне теплового шума - случайных колебаний, связанных с температурой. Чтобы оценить осуществимость эксперимента, исследователи проанализировали тепловые шумы предложенного устройства.

Расчёты показали: если охладить датчик значительно ниже температуры сверхтекучего перехода, например до 10 милликельвинов, он сможет по чувствительности сравниться с лучшими существующими измерениями эффекта увлечения или превзойти их, причём за меньшее время. В отличие от предыдущих экспериментов, такой опыт можно провести в земной лаборатории, а не в космосе.

Кроме того, по словам авторов, датчик позволит фиксировать чрезвычайно малые различия в ходе времени на разных путях вокруг контура - ещё один способ проверки общей теории относительности. Исследователи также предполагают, что эксперимент даст возможность наблюдать общегравитационный эффект в макроскопической квантовой системе, поскольку ньютоновская теория тяготения увлечения пространства-времени не предсказывает.

Пока это лишь предложение. Для его реализации в лаборатории Кита Шваба в Caltech предстоит создать джозефсоновские переходы для сверхтекучего гелия-4, работающие при милликельвиновых температурах. Теоретики тем временем думают, не оставят ли следы в таком приборе эффекты квантовой гравитации или взаимодействия за пределами теории Эйнштейна.

Источник: Phys.org