Suprafluides Helium ermöglicht präzise Messung der Erddrehung

Der Begriff „suprafluid“ beschreibt eine Eigenschaft, die das Helium bei Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunkts bei minus 273 Grad Celsius annimmt. Die Gesetze der Quantenmechanik, die normalerweise nur im Kleinen gelten, haben bei diesen niedrigen Temperaturen auch Auswirkungen auf das makroskopische Verhalten des Heliums. Insbesondere sorgt die Quantelung der Energie dafür, dass das flüssige Helium ohne Reibungsverluste fließen kann: Die einzelnen, durch Reibung möglichen Energieverluste erreichen einfach nicht die Größe des Energiequants, das das superflüssige Helium abgeben könnte.

Dave Pearson vom Jet Propulsion Laboratory der NASA und seinen Kollegen ist es nun gelungen, in suprafluidem Helium durch präzise Einstellung der Temperatur und des Drucks den Josephson-Effekt zu erzeugen. Dieser aus der Supraleitung bekannte Effekt erzeugt im superflüssigen Helium eine Oszillation.

„Was wir da sehen, ist Quantenmechanik im Makroskopischen“ sagt Pearson. „Das war für uns sehr überraschend, weil wir davon ausgegangen sind, dass verschiedene technische Schwierigkeiten das Eintreten des Josephson-Effektes verhindern würden.“ Andere Forscher hatten den Josephson-Effekt vor vier Jahren bereits beim seltenen Helium-3-Isotop beobachtet, das jedoch vollkommen andere quantenmechanische Eigenschaften aufweist als Helium-4.

Die Entdeckung der NASA-Forscher ermöglicht Fortschritte im Bau von Helium-Gyroskopen, die sehr kleine Drehbewegungen messen können. Insbesondere hoffen die Forscher auf eine präzisere Messmöglichkeit für Schwankungen der Erddrehung. Bisher sind Abweichungen bis hinab zu einer Größe von 0,1 Tausendstel Sekunde pro Tag feststellbar. Eine weitere Verfeinerung der Messgenauigkeit könnte es erlauben, Rucke zu registrieren, die durch winzige Bewegungen in der Erdkruste entstehen. Damit könnte die Vorhersage von Erdbeben möglich werden.