Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Тэйлор и Лангенберг из Пен* сильванского университета приступили к
изучению
Рис. 14.15. Экспериментальная зависимость тока /макс от магнитного потока
для пары переходов.
Видна модуляция тока, обусловленная внешним магнитным полем [кривая Ф (В
|| и векторным потенциалом в отсутствие внешнего магнитного поля [кривая
Ф (Л)1 [Phys. Rev., 140 (1965), стр. А1636, рис. 91.
вопроса о возможностях применения этого вида излучения. Они убедились,
что эффект Джозефсона может служить идеальным методом измерения отношения
e/h двух мировых констант: все, что для этого необходимо, - это измерить
напряжение на переходе и частоту СВЧ-излучения. Тэйлор настолько
заинтересовался данной работой, что отложил на год свой переход в
лабораторию фирмы "Рэдио корпорейшн оф Америка". К их работе с
Лангенбергом подключился дипломник Уильям X. Паркер. Предварительный
эксперимент был проведен со следующими приборами: ненасыщенным нормальным
элементом, прецизионным потенциометром и гальванометром с фотоусилителем.
Использовались три метода измерений: непосредственное детектирование
излучения из джозефсоновского перехода, смещенного пб напряжению;
измерение постоянного напряжения,
320
индуцированного СВЧ-излучением на несмещенном переходе; измерение
напряжений, при которых на вольт-амперной характеристике возникают
ступеньки, индуцированные СВЧ-излучением.
Результаты этого эксперимента, опубликованные в журнале The Physical
Review в октябре 1966 г., были достаточно многообещающими, что
стимулировало дальнейшие серьезные усилия, направленные на проведение
прецизионных измерений. Из трех методов исследователи выбрали последний
как наиболее точный. Был приобретен набор насыщенных нормальных элементов
и проведена их калибровка в Национальном бюро стандартов (НБС). Тэйлор
позднее вспоминал поездки на автомобиле между изготовителем, находящимся
на Род-Айленде, и НБС, расположенным в Вашингтоне, с "термостатом (в
котором были заключены нормальные элементы)". Он рассказывал: "Мы с
Биллом [Паркером] нервничали из-за толчков на дороге и прогнозов погоды,
так как, если бы температура поднялась до 33 °С, элементы оказались бы в
опасности". Другой проблемой было измерение напряжения порядка нескольких
милливольт с точностью до нановольт с относительной ошибкой 10_6.
Консультация с сотрудниками НБС по этому вопросу оказалась бесполезной,
но Тэйлору попалось объявление одной маленькой компании, которая
разрабатывала подходящий прибор. Этот прибор и использовали.
Результаты исследований были представлены в журнале Physical Review
Letters в феврале 1967 г. и полностью подробно изложены в журнале The
Physical Review в январе 1969 г. Эксперимент ставился с целью найти ответ
на два вопроса: "Во-первых, может ли отношение частоты к напряжению быть
измерено с такой точностью, чтобы полученное из него значение ejh могло
по точности конкурировать с соответствующими величинами, найденными
другими методами? Во-вторых, можно ли отношение частоты к напряжению
идентифицировать с величиной 2е/А?.. Ответ на первый вопрос зависел от
возможности выяснить экспериментальным путем, не возникают ли при
нестационарном эффекте Джозефсона явления, которые могли бы
препятствовать его практическому использованию, а также от того, могут ли
частота и напряжение быть измеренными с требуемой точностью. Второй
вопрос можно обсуждать как
321
с точки зрения теории, так и эксперимента, но окончательный ответ на него
должен основываться на экспериментальных доказательствах. Поскольку не
существует теоретических возражений, то отношение частоты к напряжению в
эффекте Джозефсона в настоящее время
5
Рис. 14.16. Схема экспериментального устройства с точечным контактом для
измерения e/h
Следует обратить внимание на приспособление для регулирования давления
в контакте.
/ -СВЧ-дроссель, 2-возвратная пружина, 3-медные провода, 4-крутильный
подвес, 5-приводной рычаг, 6-виит с мелкой резьбой, 7 -ось, идущая иа
капку дьюара, 8 - волновод сечением 22,5X10 мм2, 9-отверстие для связи,
10-слюда, // - шайба; 12- медные провода, 13 - гайка, 14-сверхпроводящая
пластиика, 15 - сверхпроводящий стержень \Phys. Rev , 177 (1969), стр.
646, рис. 4].
можно считать с точки зрения теории найденным верно. Мы полагаем, что
более прочным обоснованием предлагаемого способа определения е//г может
служить экспериментальная проверка независимости отношения частоты к
напряжению в самых разнообразных экспериментальных ситуациях. Такая
независимость, будучи продемонстрирована на достаточном уровне точности,
является серьезным дополнительным аргументом в пользу того, то измеряемое
отношение равно (с данной точностью) какой-либо фундаментальной
физической постоянной. После этого, используя теоретические результаты
322
и принцип Рейзора \ следует отождествить эту фундаментальную величину с
отношением 2e/h".
Ограниченность объема нашей книги не позволяет нам рассмотреть детали
эксперимента. Достаточно сказать, что эксперимент дал ясные исчерпывающие
