Момент Лондона (в честь Фрица Лондона ) — квантово-механическое явление , при котором вращающийся сверхпроводник генерирует магнитное поле , ось которого точно совпадает с осью спина. [1] Этот термин может также относиться к магнитному моменту любого вращения любого сверхпроводника , вызванному отставанием электронов от вращения объекта, хотя напряженность поля не зависит от плотности носителей заряда в сверхпроводнике.
Магнитометр определяет ориентацию генерируемого поля, которое интерполируется для определения оси вращения. Гироскопы этого типа могут быть чрезвычайно точными и стабильными. Например, те, которые использовались в эксперименте Gravity Probe B, измеряли изменения ориентации оси вращения гироскопа с точностью лучше 0,5 угловых миллисекунд (1,4 × 10−7 градусов) в течение одного года. [2] Это эквивалентно угловому разделению шириной человеческого волоса, наблюдаемому с расстояния 32 километра (20 миль). [3]
Гироскоп GP-B состоит из почти идеальной сферической вращающейся массы , изготовленной из плавленого кварца , который обеспечивает диэлектрическую опору для тонкого слоя сверхпроводящего материала ниобия . Чтобы устранить трение, встречающееся в обычных подшипниках, роторный узел центрируется электрическим полем от шести электродов. После первоначального раскручивания струей гелия, которая доводит ротор до 4000 об/мин , полированный корпус гироскопа откачивается в сверхвысокий вакуум для дальнейшего снижения сопротивления ротора. При условии, что электроника подвески остается включенной, экстремальная вращательная симметрия , отсутствие трения и низкое сопротивление позволят угловому моменту ротора поддерживать его вращение в течение примерно 15 000 лет. [4]
Чувствительный DC SQUID- магнитометр, способный различать изменения величиной всего в один квант , или около2 × 10 −15 Вб , используется для контроля гироскопа. Прецессия, или наклон, в ориентации ротора заставляет магнитное поле момента Лондона смещаться относительно корпуса. Движущееся поле проходит через сверхпроводящую петлю датчика, закрепленную на корпусе, индуцируя небольшой электрический ток. Ток создает напряжение на шунтирующем сопротивлении , которое преобразуется в сферические координаты микропроцессором. Система разработана для минимизации крутящего момента Лоренца на роторе. [5]
Напряженность магнитного поля , связанного с вращающимся сверхпроводником, определяется по формуле:
где M и Q — масса и заряд сверхпроводящих носителей заряда соответственно. [6] Для случая куперовских пар электронов M = 2 m e и Q = 2 e . Несмотря на то, что электроны существуют в сильно взаимодействующей среде, m e здесь обозначает массу голых электронов [7] (как в вакууме), а не, например, эффективную массу проводящих электронов нормальной фазы.
Назван в честь физика Фрица Лондона , а момент — от магнитного момента .
