Дослідження чутливості надпровідних квантових інтерферометрів до обертальних рухів

  • А.С. Довгополий Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України
  • O.О. Токалін Інститут проблем реєстрації інформації Національної академії наук України
  • O.О. Білобородов Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України
Ключові слова: надпровідність, надпровідний квантовий інтерферометр, вимір поля, похибка вимірювань

Анотація

На підставі принципу еквівалентності загальної теорії відносності і визначення неевклідової метрики простору в неінерціальній системи відліку, пов'язаної з обертанням, знайдена геометрична (топологічна) фаза, яка виникає при обході будь-якого замкненого контуру. Такий підхід дозволив встановити глибоку фізичну аналогію між різними хвильовими ефектами в замкнених хвилеводах (як класичними, так і квантовими), що виникають в умовах їх обертання. Завдяки когерентності хвильової функції безспінових носіїв заряду (куперовських пар електронів провідності з протилежно спрямованими спінами) в надпровідниках в основному квантовому стані (стані надпровідності), виникнення геометричної фази в замкнених контурах в умовах обертання може призводити до інтерференційних ефектів при наявності слабких зв’язків у контурі. Для реєстрації інтерференційних ефектів було запропоновано використання надпровідних квантових інтерферометрів, поміщених в електричне поле циліндричного або сферичного конденсатора. Відповідно до загальної теорії геометричної фази обертання у досліджені отримані основні співвідношення між геометричною фазою обертання і фазою хвильової функції, індукованої зовнішнім магнітним полем і отримана оцінка їх значень при прийнятних величинах кутової швидкості обертання, розмірах надпровідних квантових інтерферометрів і напругах на конденсаторі. Визначено помилки вимірювання магнітного потоку при обертанні вимірювального комплексу. З огляду на залежність величини геометричній фази обертання від напруги на конденсаторі і розмірів надпровідних квантових інтерферометрів, а також беручи до уваги конкретний діапазон кутових швидкостей обертання, чутливість надпровідних квантових інтерферометрів до кутової швидкості можна регулювати раціональним вибором цих параметрів. На підставі отриманих результатів запропоновано новий метод вимірювань магнітних полів з використанням двох надпровідних квантових інтерферометрів з різними значеннями обмежених замкнутими контурами площ в умовах обертальних рухів, що дозволяє компенсувати збурюючий вплив обертань на магнітні вимірювання, а також одночасне визначення магнітної індукції і кутової швидкості обертання.

Посилання

1. Marchettі D. et al. Pre-earthquake chain processes detected from ground to satellite altitude in preparation of the 2016-2017 seismic sequence in Central Italy // Remote Sensing of Environment, Vol. 229, – 2019, – pp. 93-99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.04.033.

2. Marchetti, D. & Akhoonzadeh, M. Analysis of Swarm satellite data showing seismo-ionospheric anomalies around the timeof the strong Mexico (Mw=8.2) earthquake of 08 September 2017 // Advances in Space Research, 2018. – Vol. 62, Iss. 3, 614-623, DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.04.043.

3. V. Korepanov, G. Lizunov. Seismoionospheric coupling and earthquakes forecast probability (EGU, April 13-18, 2008, Vienna, Austria).

4. Monitoring of the seism-electromagnetic Earth background in conntction with seismic activity. By Yr. A. Bogdanov, V. N. Shuman, V. N. Pavlovich, V. Kobolev and A. Z. Ganiev // European Association of Geoscientist & EngineersSource: Conference Proceedings, 9th EAGE International Conference on Geoinformatics – Theoretical and Applied Aspects, May 2010, DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.201402823.

5. Geophysical exploration method / Burkinsky I., Dovhopoly A. et al. // Patent for invention № 111252. 11.04.2016 bulletin № 7.

6. Method of magnetometric detection of explosive objects / Zvejinsky Stanislav, and Parfencev Igor // Special equipment and communication [Spectehnika i Sviaz], 2008, – no. 2, – pp. 8-17.

7. Military munitions response actions. Engineering Manual // USA army Corps of Engineers – EM 1110-1-4009-15 June 2007. – 346 P.

8. Metal detectors and PPE Catalogue 2007. – Geneva International Center for Humaniterian Demining. Geneva. Feb, 2007.– 2003 P.

9. Military robotics: overview, problems, possible solutions / Morozov А., and Sapaty P. // Mathematical machines and systems, no. 2, 2015, – pp. 3-19.

10. On superconductivity and superfluidity (what I have and have not managed to do), as well as on the 'physical minimum' at the beginning of the XXI century (December 8, 2003) / Ginzburg, Vitalii L // Physics-Uspekhi (2004), Vol. 47, Iss. 11, – pp. 1155-1170. DOI: http://dx.doi.org/10.1070/PU2004v047n11ABEH001825.

11. Smidt V. Introduction to the physics of superconductors // Moscow: Moscow Center for Continuous Mathematical Education. 2000. – XIV. 402 P.

12. Berry M. V. // Proc. Roy. Soc.: A. 1984. V. 392. P. 45.

13. Topological phases in quantum mechanics and polarization optics / Vinnitsky S., Debrov V. et al. // Advances in Physical Sciences [Uspehi fizicheskih nauk], 1990. – Vol. 160. Iss. 6, – pp. 1-49.

14. Applied methods of vibration theory / Zhuravlev V., Klimod D. // Moscow: Science [Nauka], 1988. – 328 P.

15. Wave solid state gyroscope. Theory and technology. Monograph / Lunin B., Matveev V., Bessarab M. // Moscow: Radio engineering [Radiotekhnika], 2014. – 176 P.

16. Dovgopolyi A.S., Tokalin O.A. Geometric rotation phase and its observation under quantum interference // Pisma v zhurnal tekhnicheskoi fiziki. – 1991. Vol. 17. Iss. 5. – pp. 44-48.

17. Theoretical physics: V. 2. Field theory / Landaw L., Livshic E. // Moscow: Fizmatlit, 2003. – 536 P.

18. Feynman Lectures in Physics. V. 6: Electrodynamics / Feiman R., Leiton R., Sands M. // Moscow: World [Mir], 1966. – 343 P.

Опубліковано
2021-01-12
Як цитувати
Довгополий, А., ТокалінO., і БілобородовO. «Дослідження чутливості надпровідних квантових інтерферометрів до обертальних рухів». ВІСНИК СХІДНОУКРАЇНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ імені Володимира Даля, вип. 8(264), Січень 2021, с. 27-33, doi:10.33216/1998-7927-2020-264-8-27-33.