Forschung & Entwicklung

Gravitative Eigenschaften von Supraleitern

Gravitative Kräfte, so glaubt man, sind etwa 40 Größenordnungen unter ihren elekromagnetischen Gegenstücken. Das beschränkt Experimente, Einstein's allgemeine Relativitätstheorie zu testen zu meist astronomischen Beobachtungen so wie Lichtkrümmung, der Schub von Merkur's Perihel, Atomuhren, an Bord sondierende Raketen und möglicherweise die Entdeckung gravitativer Wellen mit der Nutzung 3 luftwiderstandsfreier Raumsonden die mit Laser Interferometern (LISA) verbunden sind.

In einigen letzteren Dokumenten, wurde von M. Tajmar et al (Tajmar, M., and de Matos, C.J., Physica C, 385(4), 2003, pp. 551-554, (arxiv.org/abs/gr-qc/0203033) darauf hingewiesen, dass ein rotierender Supraleiter ein sogenanntes Gravitationsfeld, viele Ordnungen größer als in Einstein's Theorie vorausgesagt, produziert. Diese Vermutung basiert auf der Beobachtung von Tate et al (Tate, J., Cabrera, B., Felch, S.B., Anderson, J.T., Phys. Rev. Lett. 62(8), 1989, pp. 845-848), dass ein magnetisches Feld, gebildet von einem sich drehenden Supraleiter, genannt "Londoner Moment", nicht zu einem Faktor von 5 passt und somit nicht zu der Vorhersage der Quantentheorie, relativistische Beziehungen miteingeschlossen. Mit der Nutzung dieser Messung kann man die Masse des supraleitenden Elektronenpaars (Cooper-pair) ableiten und es würde scheinen als ob es 2 mal größer als eine freie Elektronenmasse ist. Allerdings glaubt man, dass bewegliche Masse auch ein Gravitationsfeld produzieren kann (bekannt als der Lense-Thirring oder Frame-Dragging Effekt), dennoch ist das Feld welches die Erde erzeugt so schwach, dass nur die Integration der Erdumlaufbahnen, über Jahre hinweg, vom LAGEOS Laser erstreckende Satelliten eine erste Bestätigung diese Effekts brachte. Schwerkraft Probe-B nimmt derzeit das gravitomagnetische Feld der Erde, mit Hilfe von einem Gyroskop, auf. Wenn das gravitomagnetische Feld, erzeugt von Masse, in einem kohärenten Stadium so wie ein Supraleiter, jetzt größer ist als man derzeit, nach der Observation normaler Massen so wie die Erde, annimmt, dann würde dies zu einem Korrekturgrund des Londoner Moments führen und somit das Ungleichgewicht zwischen Experiment und Theorie reduzieren.

Um unsere Theorie zu testen, wurde ein experimentales Programm im AIT errichtet.
Wir konzentrieren uns auf 2 Aspekte:

1. einem rotierenden Supraleiter wird vorhergesagt, dass er ein großes gravitomagnetisches Feld erzeugt. Diese Feld kann direkt durch den Gebrauch eines Gyroskops gemessen werden, ähnlich der Methode der Gravititätsprobe- B.

2. Ein zeitwechselndes gravitomagnetisches Feld soll ein gravitomagnetisches Feld, ähnlich dem Faraday Induktionsgesetz, induzieren. Dies kann durch die Nutzung sensibler Beschleunigungsmesser entdeckt werden. Eine Illustration wird in Abb.1 gezeigt.

Abb1.: gravitomagnetisches und gravitoelektrisches Feld, erzeugt von einem rotierenden und einem eckigbeschleunigendem Supraleiter.

Im Auftrag der US Air Force und der ESA wurde eine Anlage gebaut, die einen rotierenden Supraleiterring, mit einem Durchmesser von 15 cm, herunter bis zu flüssigen Helium Temperaturen, mit einer Höchstgeschwindikeit von 6500 RPM und einer maximalen Beschleunigung von 1500 rad.s-² (siehe Abb. 2), ermöglicht. Die Sensoren sind innerhalb der Vakuum Kammer, welche mechanisch an der Decke des Gebäudes fixiert ist, befestigt, um es von den mechanischen Schwingungen des rotierenden Supraleiters, der durch den Kryostat fährt, zu trennen. Wir nutzen Präzisionsbeschleunigungsmesser und Lasergyroskope um nach jedem Gravitations- oder gravitomagnetischem Feld, welches rund um den rotierenden Supraleiter existiert, zu suchen.

Abb. 2: Experimental Assembly and Setup at AIT

Erste Ergebnisse sind recht ermutigend. Es wurde beobachtet, dass Beschleunigungsfelder in der tangetialen Richtung innerhalb und oberhalb des Ringes da waren, welche in die andere Richtung der angelegten eckigen Beschleunigung zeigten (siehe Abb. 3). Erste Lasergyroskopmessungen haben auch ein ähnliches Verhalten im Bezug auf die angewandte eckige Geschwindikeit des Supraleiters gezeigt.

Abb. 3: Signal Averaged Accelerometer Sensor Data (■) Versus Applied Angular Acceleration (Δ)

Derzeit fokussieren wir unsere Bemühungen auf das Finden der richtigen Interpretation dieser Daten - wenn es in der Tat aufgrund eines neuen gravitativen/trägen Effekts oder vielmehr eines mechanischen Artefakts ist. Vorsichtigte Anlagenkalibrierung ist noch immer aktuell um weiter die Geräusche zu senken und Anlagengegenstände abzubauen.

Einen Überblick über das experimentalische Programm kann bei M. Tajmar et al, AIP Conf. Proc. 880, 1071 (2007) (arxiv.org/abs/gr-qc/0610015) gefunden werden.

Zusätzlich veredeln wir unseren theoretischen Ansatz weiter und arbeiten in anderen verwandten Bereichen der Supraleitfähigkeit und der Gravitation. Vorabdrucke werden regelmäßig auf dem arxiv Server geposted (www.arxiv.org).

Recent Publications:

• Tajmar, M., Plesescu, F., Seifert, B., and Marhold, K., "Measurement of Gravitomagnetic and Acceleration Fields Around Rotating Superconductors", Proceedings of the STAIF-2007 Conference, AIP Conference Proceedings, Vol. 880, 2007, pp. 1071
  
  
• Tajmar, M., "A Note on the Local cosmological constant and the dark energy coincidence problem", Classical and Quantum Gravity, Vol. 23, 2006, pp. 5079 – 5083
  
  
• Tajmar, M., Plesescu, F., Marhold, K., and De Matos, C.J., "Experimental Detection of the Gravitomagnetic London Moment", gr-qc/0603033, 2006
  
  
• De Matos, C.J., and Tajmar, M., "Gravitomagnetic London Moment and the Graviton Mass inside a Superconductor", Physica C, Vol. 432, 2005, pp. 167-172
  
  
• Tajmar, M., and De Matos, C.J., "Extended Analysis of Gravitomagnetic Fields in Rotating Superconductors and Superfluids", Physica C, Vol. 420, No. 1-2, 2005, pp. 56-60
  
  
• Tajmar, M., and de Matos, C.J., "Gravitomagnetic Field of a Rotating Superconductor and of a Rotating Superfluid", Physica C, Vol. 385, No. 4, 2003, pp. 551-554
  
  
• de Matos, C.J., Tajmar, M., "Gravitomagnetic Barnett Effect", Indian Journal of Physics, Vol. 75B, No. 5, 2001, pp. 459-461
  
  
• Tajmar, M., and de Matos, C.J., "Coupling of Electromagnetism and Gravitation in the Weak Field Approximation", Journal of Theoretics, Vol. 3, No. 1, 2001