[論文レビュー] Conditions for stimulated emission in anomalous gravity-superconductors interactions

Giovanni Modanese, Timo Junker|ArXiv.org|Aug 19, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 9被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、YBCOのような積層超伝導体を内在的ジョセフソン接合のアレイとしてモデル化することで、刺激的重力放射の発生条件を調査する。振動する輸送電流による連続ポンプを伴う修正されたフラント・ノドヴィク方程式を用いることで、量子重力効果によって生じる可能性のある異常な大きなAおよびB係数でさえも、低電力I-V特性によって刺激的放射が著しく制限されることを示し、このような系における観測可能な重力放射の実現可能性に厳しい制約があることが明らかになった。

ABSTRACT

Several authors have studied the generation of gravitational fields by condensed-matter systems in non-extreme density conditions. General Relativity and lowest-order perturbative Quantum Gravity predict in this case an extremely small emission rate, so these phenomena can become relevant only if some strong quantum effect occurs. Quantum aspects of gravity are still poorly understood. It is believed that they could play a role in systems which exhibit macroscopic quantum coherence, like superconductors and superfluids, leading to an "anomalous" coupling between matter and field. We mention here recent work in this field by Woods, Chiao, Becker, Agop et al., Ummarino, Kiefer and Weber. New results are presented concerning anomalous stimulated gravitational emission in a layered superconductor like YBCO. We model the superconductor as an array of intrinsic Josephson junctions. The superconducting parameters are defined by our preliminary measurements with melt-textured samples. We write explicitly and solve numerically the Josephson equations which give the normal and super components of the total current in the superconductor, and derive from this the total available power P=IV. Then, assuming that the coefficients A and B for spontaneous and stimulated gravitational emission are known, we apply to this case the Frantz-Nodvik equation for a laser amplifier. The equation is suitably modified in order to allow for a "continuous pumping" given by an oscillating transport current. The conclusions are relevant for the evaluation of gravitational emission from superconductors. We find that even if the A and B coefficients are anomalously large (possibly because of the Quantum Gravity effects mentioned above), the conditions for stimulated emission are quite strict and the emission rate strongly limited by the IV value.

研究の動機と目的

• 異常物質-場結合下における超伝導体における刺激的重力放射の実現可能性を調査すること。
• 一般相対性理論が非極端密度の凝縮系において重力放射をほとんど発生しないと予測するという課題に対処すること。
• 超伝導体におけるマクロな量子もつれが、量子重力効果を介して強化された重力放射を可能にするかどうかを評価すること。
• 超伝導体を内在的ジョセフソン接合のアレイとしてモデル化し、利用可能な出力と放射条件を計算すること。
• 振動する輸送電流による連続ポンプを用いて、重力放射の実用的限界を評価すること。

提案手法

• マクロな量子もつれを模倣するために、超伝導体を内在的ジョセフソン接合のスタックとしてモデル化する。
• ジョセフソン方程式を数値的に解き、正規電流および超伝導電流成分を特定する。
• 電流-電圧特性からP = IVとして利用可能な総出力Pを計算する。
• 重力放射のレーザー的増幅を記述するために、修正されたフラント・ノドヴィク方程式を適用する。
• 振動する輸送電流による連続ポンプに合わせて方程式を適応させる。
• 自明でないAおよびB係数（自発的および刺激的放射用）を仮定し、放射のしきい値を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 YBCOのような積層超伝導体で、刺激的重力放射がどのような条件下で発生するか。
• RQ2 マクロな量子もつれの存在が、物質と重力場との結合にどのように影響するか。
• RQ3 振動電流による連続ポンプが、刺激的放射の発生または制限に果たす役割は何か。
• RQ4 重力放射のAおよびB係数が、観測可能な放射の実現可能性にどのように影響するか。
• RQ5 システムの利用可能なI-V電力によって、放射率がどの程度制限されるか。

主な発見

• 量子重力効果によって生じる可能性のある異常な大きなAおよびB係数でさえも、刺激的重力放射は著しく抑制されている。
• 放射率は、ジョセフソン接合アレイの電流-電圧特性によって制限される利用可能な電力P = IVに強く依存している。
• 連続ポンプを伴う修正フラント・ノドヴィク方程式は、現実の実験的条件下では刺激的放射のしきい値を達成することが困難であることを示している。
• モデルは、観測可能な重力放射を得るには、極めて高い電流密度、または物理的に不自然に大きなAおよびB係数が必要であると示唆している。
• 結果として、異常な重力放射が、結合や入力電力の著しい増幅がなければ、超伝導体で検出可能であるとは考えにくい。