論文の概要: Quantum Sensing of Gravitational Frame-Dragging with a Superfluid $^4$He Gyrometer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.20772v1
• Date: Thu, 23 Oct 2025 17:45:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:18.519471
• Title: Quantum Sensing of Gravitational Frame-Dragging with a Superfluid $^4$He Gyrometer
• Title（参考訳）: 超流動$4$Heジャイロメータによる重力フレームドラッグングの量子センシング
• Authors: Kai-Isaak Ellers, Marios Christodoulou, K. C. Schwab, K. Birgitta Whaley,
• Abstract要約: 超流動ジャイロメータにおけるフレームドラッグとそれに関連する測地効果とトーマス効果を導出する。 熱騒音フロアを計算した結果,ミリケルビン温度で非常に高い感度が期待できることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We propose a laboratory-scale experiment to locally measure the general relativistic frame-dragging effect on Earth using the macroscopic quantum properties of a novel superfluid $^4$He single Josephson junction gyrometer. We derive the frame-dragging and related geodetic and Thomas effects in the superfluid gyrometer and present a procedure for their experimental measurement. We compute the expected thermal noise floor and find that very high sensitivity can be expected at millikelvin temperatures, where near-future Josephson junctions using nanoporous 2D materials are expected to operate. Assuming utilization of the lowest mechanical loss materials, we find a noise spectral density of $5\times 10^{-17}$ rads/s/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ at 10 mK, which is sufficient to resolve the frame-dragging rate to 0.2% within one second of measurement, giving a rotational sensitivity of 1 revolution in 4 Byrs. This extreme sensitivity to rotation corresponds to a measurement of proper time differences as small as $10^{-35}$ s.
• Abstract（参考訳）: そこで本研究では,新しい超流動型単一ジョセフソン接合ジャイロ計のマクロ量子特性を用いて,地球上の一般相対論的フレーム描画効果を局所的に測定する実験室スケール実験を提案する。 超流動ジャイロメータにおけるフレームドレッシングおよびそれに関連する測地およびトーマス効果を導出し,その実験的な測定方法を提案する。 熱騒音フロアを計算した結果,ナノポーラス2D材料を用いたジョセフソン接合部が動作することが期待されるミリケルビン温度で非常に高い感度が期待できることがわかった。 最小の機械的損失材料の利用を仮定すると、ノイズスペクトル密度は5\times 10^{-17}$ rads/s/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ 10 mKであり、これは測定から1秒以内にフレームの描画速度を0.2%に抑えるのに十分である。 この回転に対する極度な感度は、10^{-35}$ sという適切な時間差の測定に対応する。

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