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地球自转证明在实验室极低的温度下某种气体(可能是氦气)的液态形势会形成超流,没有黏度,会相对于某些恒星静止,这也能验证地

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/04/30 02:13:29
地球自转证明
在实验室极低的温度下某种气体(可能是氦气)的液态形势会形成超流,没有黏度,会相对于某些恒星静止,这也能验证地球是转动的.
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加州大学柏克莱分校的物理学家首次成功地观察到超流体的量子干涉现象.
在诡异的量子世界里,物件乃具备了双重性格.某些情况下,它表现像个粒子,如同撞球般地碰来撞去;另些时候,它则像波一样有反射和干涉的特性.
在过去只有电子、原子或小分子等非常微小的东西被成功地运用在波动性量子干涉的实验上.如今,一种新仪器使得这种现象在试管所盛装的液体如此的巨观尺度下也能被观察到.这个由Richard Packard和同侪所开发的仪器对旋转运动极度的敏感,故未来或可运用在飞机的导航系统上.
在这项实验中,Packard等人利用超流氦将量子世界带进我们的感知范围内.不同於绝大部份物质,氦在极低的温度下才会凝结.随著温度降低,氦原子慢了下来,其波函数(粗略地讲,既可能找到氦原子的区域) 跟著增大.当温度低到波函数彼此重叠时,氦变成了超流体.与其说像液体,此时的氦更像一具有量子行为的单一物件,并且大到可在实验室中进行观察与操作.
新仪器的核心部份是一个小环状管.将超流氦灌入管中,它会分成两路(顺时针及逆时针) 沿著圆环前进,途中尚须穿过一些小洞,并在另一端再次汇合.关键的干涉现象便在汇合处发生.液态氦随后流离了环状管.只要仪器静止不动,此流出速率是稳定的.
然而,旋转仪器却会改变干涉的程度,进而影响了流出量.这是个十分敏感的效应,即使地球自转也能产生显著的效果:将圆环面指向西时,可看到氦由圆环流出;圆环面指向北时,氦则完全停止流出.
超流体虽和超导体在物理界中分属不同的领域,这个实验结果却再次证明了它们的行为有很多雷同之处.此新仪器也好比是超导量子干涉仪 (Superconducting Quantum Interference Device,SQUID) 的液态版.不同於超导量子干涉仪是受磁场扰动(故可用来精确地量测磁场),“液态版” 是对旋转运动产生反应.
因此,这个新仪器可望用在高精密度的位移量测上,例如地质调查.不过在那之前,研究人员得先想办法降低系统的杂讯.