[논문 리뷰] Conditions for stimulated emission in anomalous gravity-superconductors interactions

Giovanni Modanese, Timo Junker|ArXiv.org|2009. 08. 19.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 9인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 YBCO와 같은 다층 초전도체를 내재된 조지프슨 접합의 배열로 모델링하여, 자극된 중력 복사 방출 조건을 조사한다. 진동하는 전류로 연속적인 펌핑을 적용한 수정된 프란츠-노비크 방정식을 사용하여, 양자 중력 효과로부터 유래할 수 있는 이상하게 큰 A 및 B 계수를 가정하더라도 자극 방출은 낮은 IV 전력으로 인해 매우 제한됨을 발견하여, 이러한 시스템에서 관측 가능한 중력 복사 방출에 대한 엄격한 실현 가능성 제약 조건을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 이상한 물질-장 상호작용 결합 하에서 초전도체에서 자극된 중력 복사 방출의 실현 가능성 탐색.
• 일반 상대성이론이 비극한 밀도의 응집물질 시스템에서 중력 복사 방출을 극히 미미하게 예측한다는 도전 과제 해결.
• 초전도체에서의 거대한 양자 얽힘 현상이 양자 중력 효과를 통해 증폭된 중력 방출을 가능하게 할 수 있는지 평가.
• 초전도체를 내재된 조지프슨 접합의 배열로 모델링하여 이용 가능한 전력과 방출 조건 계산.
• 진동하는 전류로 연속 펌핑을 사용하여 중력 방출의 실용적 한계 평가.

제안 방법

• 초전도체를 내재된 조지프슨 접합의 스택으로 모델링하여 거대한 양자 얽힘을 시뮬레이션.
• 정상 전류 및 초전도 전류 성분을 결정하기 위해 조지프슨 방정식을 수치적으로 해결.
• 전류-전압 특성에서 유도된 P = IV로 총 이용 가능한 전력 계산.
• 수정된 프란츠-노비크 방정식을 사용하여 중력 복사의 레이저 유사 증폭 기술 기술.
• 진동하는 전류로 인한 연속 펌핑을 위해 방정식을 적응.
• 자발적 및 자극된 방출을 위한 알려진 A 및 B 계수를 가정하여 방출 임계 조건 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다층 초전도체인 YBCO에서 자극된 중력 복사 방출이 발생할 수 있는 조건은 무엇인가?
• RQ2 거대한 양자 얽힘의 존재가 물질과 중력장 간의 결합에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 진동하는 전류를 통한 연속 펌핑이 자극 방출을 가능하게 하거나 제한하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 중력 방출의 A 및 B 계수가 관측 가능한 방출의 실현 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 시스템의 이용 가능한 IV 전력에 의해 방출률이 어느 정도 제한되는가?

주요 결과

• 양자 중력 효과로부터 유래할 수 있는 이상하게 큰 A 및 B 계수를 가정하더라도 자극된 중력 복사 방출은 여전히 매우 억제된다.
• 방출률은 전류-전압 특성에 의해 제한되는 전력 P = IV에 의해 강하게 제한된다.
• 연속 펌핑을 적용한 수정된 프란츠-노비크 방정식은 현실적인 실험 조건 하에서 자극 방출의 임계 조건을 달성하기 어렵다는 것을 보여준다.
• 모델은 관측 가능한 중력 복사 방출을 위해서는 극도로 높은 전류 밀도 또는 물리적으로 비현실적인 큰 A 및 B 계수가 필요하다고 시사한다.
• 결과적으로 이상한 중력 방출이 결합 강도나 전력 입력을 크게 향상시키지 않는 한 초전도체에서 검출 가능할 가능성은 매우 낮다.