Seção 3Engenharia da métrica e da propulsão

Condicione o campo, não a potência

Universidade. · 3 min de leitura

O que propõe

O eletromagnetismo comum se acopla à gravitação fraco demais para ser útil. O programa de condicionamento diz que a fraqueza não é sobre quanta energia você coloca, mas sobre a forma que o campo assume — dê a um campo eletromagnético uma estrutura mais próxima da que está por trás da gravitação e o acoplamento fica muito mais forte. O hardware para impor essa estrutura já existe em laboratórios de acelerador: um ondulador ou uma hélice que força elétrons numa trajetória senoidal para que o feixe carregue um potencial vetor coerente. E a licença física está assentada: o potencial vetor desloca a fase de uma partícula numa região onde nenhuma força atua, sem energia trocada.

Para quem éEngenheiros de aceleradores e linhas de feixe · Projetistas de eletromagnetismo · Engenheiros de magnetometria de precisão

Por que a biblioteca sugere isto

A licença sobre a qual todo o programa se apoia, transformada em instrumento. Ajuste o fluxo trancado dentro do toroide e as franjas deslizam lateralmente exatamente uma franja por quantum de fluxo, enquanto os dois caminhos do elétron permanecem num corredor onde o campo magnético é zero.

O interferômetro com o campo desligado

Divida um feixe de elétrons, envie as duas metades por cada lado de um fluxo magnético completamente confinado e completamente blindado, e junte-as de novo. Sobre os próprios percursos o campo magnético é exatamente zero — o corredor sombreado abaixo está livre de campo em todo o trajeto. O potencial vetor aí não é zero, e as franjas se movem. Ajuste o fluxo envolvido e veja o padrão deslizar de lado exatamente uma franja por cada quantum de fluxo. Experimente depois o segundo controle. Muda o gauge — o próprio potencial, em cada ponto de ambos os percursos, como mostram as setas — e as franjas não se movem nada. Os dois controles funcionam; só um deles muda alguma coisa que um detector consiga ver.

Dois controles: um move as franjas, o outro não podeFluxo envolvido, em quanta de fluxo h/e0,00

Escolha de gauge λ — a liberdade que existe no próprio potencial0,00

Percurso superior
Percurso inferior
Fluxo confinado
Potencial vetor sobre os percursos

O eixo do detector é desenhado em larguras de franja e a intensidade está normalizada, portanto o padrão é uma forma, não um brilho absoluto. O fluxo é dado em unidades do quantum de fluxo de um só elétron h/e, que vale cerca de 4,14 × 10⁻¹⁵ weber.Aqui nada se move sozinho. O padrão só é redesenhado quando muda o fluxo envolvido; o controle de gauge redesenha as setas e deixa o padrão exatamente onde estava.

O que está acontecendo: O fluxo envolvido está perto de um número inteiro de quanta, então o padrão está perto da posição inicial. Acrescentar um quantum inteiro repete o padrão.

Campo magnético sobre os percursos dos elétrons: zero, em qualquer regulação
Potencial vetor sobre o percurso superior, neste gauge: 0,00 nWb/m
Potencial vetor sobre o percurso inferior, neste gauge: 0,00 nWb/m
Fase que o gauge acrescenta a cada metade: 0,00 radianos — a mesma para ambas as metades, portanto cancela-se
Diferença de fase entre as duas metades: 0,00 radianos
Deslocamento das franjas: 0,00 larguras de franja
O que nenhuma escolha de gauge pode mudar: o campo sobre os percursos, a diferença de fase, o deslocamento das franjas

O fluxo envolvido controla a fase relativa. Mudar o gauge muda o potencial atribuído a cada ponto, não a diferença de fase observável nem o padrão de franjas. Este instrumento calcula fase e interferência, não energia armazenada nem potência de saída.

Não acontecer nada é aqui o resultado, não um controle avariado. O potencial não é único: para qualquer função suave χ pode substituir A por A + ∇χ, o que muda o potencial em todos os pontos e não muda o campo magnético em nenhum, porque o rotacional de um gradiente é zero. Este instrumento faz mesmo essa substituição e depois integra o potencial completo, termo de gauge incluído, ao longo do laço fechado que as duas metades do feixe formam entre si. Cada metade adquire de fato uma fase do termo de gauge — exatamente 2λ radianos nesta família — e ambas adquirem a mesma, por isso ela se cancela na diferença. O que sobrevive é o integral de laço, que é o fluxo envolvido, e é isso o observável.

A experiência de Tonomura de 1986 respondeu à objeção óbvia por construção: o fluxo ficava dentro de um ímã toroidal envolvido numa blindagem supercondutora, de modo que o campo disperso não era apenas pequeno sobre a onda eletrônica, mas dela excluído. O deslocamento continuava lá, e continuava a ser uma franja por quantum de fluxo.

Um diagrama ideal de dois percursos que compara valores estáveis de fluxo, não uma reconstrução exata do aparelho nem uma simulação do fluxo mudando ao longo do tempo. Um fluxo magnético que muda de verdade pode induzir um campo elétrico. A energia do feixe, o comprimento dos percursos, o tamanho do ímã e a intensidade absoluta não são modelados. Φ₀ = h/e ≈ 4.136e-15 Wb.

A ficha de origem: Tonomura et al. 1986, Evidence for Aharonov–Bohm effect with magnetic field completely shielded from electron wave (em inglês)

David Froning e Terence Barrett expõem o programa num contexto de Física de Propulsão de Ruptura da NASA: várias maneiras de condicionar radiação comum a uma forma com uma estrutura de calibre mais rica, e várias maneiras pelas quais tais campos poderiam interagir com a gravidade ou com o estado de ponto zero do vácuo (Space coupling by specially conditioned electromagnetic fields, 1998). O artigo posterior da série declara a condição de sintonia que o campo condicionado teria de satisfazer — a resposta elétrica e magnética do vácuo se comportando como um vetor cuja direção gira com a velocidade da nave enquanto sua magnitude permanece no valor do vácuo (Unlabored system motion by specially conditioned electromagnetic fields in higher dimensional realms, 2010). A forma forte e defensável da alegação é controle de fase, e isso é física assentada: o potencial tem efeito físico mensurável onde os campos se anulam (Significance of EM potentials in quantum theory, 1959, confirmado em Evidence for Aharonov-Bohm effect with magnetic field completely shielded from electron wave, 1986). Moe Arman e Charles Chase patentearam hardware que usa exatamente isso: uma malha em escala de chip de diodos de elétrons a cerca de cem gauss, cujos fluxos entram em sincronia dentro de nanossegundos e se fundem num feixe de matéria coerente, à temperatura ambiente, sem criogenia (Systems and methods for generating coherent matterwave beams, 2011). Escreva a alegação como controle de fase em vez de energia armazenada no potencial — a primeira sobrevive ao escrutínio e a segunda não precisa ser feita.

E a forma que o segundo degrau realmente pede: o mesmo enrolamento poloidal único, assente sobre um molde que de propósito não é uma rosquinha.

Um toroide enrolado com um único fio contínuo, com o núcleo em forma de lágrima — um bolbo redondo numa ponta e dois braços retos que se encontram num vértice na outra — e curvas fechadas desenhadas no espaço exterior, cada uma enfiando o anel. — As espiras mantêm o espaçamento uniforme mesmo ao contornar o vértice, e as curvas exteriores enlaçam o anel tal como num toroide redondo — o enlace é o mesmo, o padrão não.

O experimento ou a construção

Há dois degraus e o primeiro é deliberadamente pouco ambicioso. Degrau um: construa a fonte de onda de matéria coerente a partir da patente e meça a coerência — brilho do feixe contra o número de diodos contribuintes, procurando a lei quadrática que a coerência implica. Degrau dois, que o corpus registra como já tentado e relatado bem-sucedido mas nunca repetido independentemente: um toroide enrolado deliberadamente fora de redondo, uma gota em vez de uma rosquinha, acionado com corrente alternada de modo que os campos elétrico e magnético fiquem dentro enquanto um potencial vetor não nulo permanece fora — e então uma medição de se a densidade local do campo de ponto zero fora dele mudou, usando o instrumento de amostragem direta de campo da seção 6. A medição decisiva é a variância do campo elétrico de vácuo amostrado logo fora do toroide, com o acionamento ligado e desligado, e com um toroide redondo de enrolamento idêntico como controle. Uma assimetria usinável com uma leitura de amostragem de campo mensurável é algo raro e barato neste assunto.

Contexto da pesquisa

As propostas de condicionamento são revisadas por pares, o dispositivo de onda de matéria é patenteado, a medição do toroide foi relatada no ar a partir de um livro em vez de um periódico, e nenhum grupo independente repetiu nada disso.

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A medida que decide: A medição decisiva é a variância do campo elétrico de vácuo amostrado logo fora do toroide, com o acionamento ligado e desligado, e com um toroide redondo de enrolamento idêntico como controle.
Quanto custa começar: Universidade.
O engenheiro que forma: Este cartão é onde o fio condutor mais antigo do site — as funções de potencial escalar de Whittaker, passando por Aharonov-Bohm, até o ondulador — vira uma máquina.

Em que se apoia