В физике сверхизлучение – это эффект усиления излучения в нескольких контекстах, включая квантовую механику , астрофизику и теорию относительности .
За неимением лучшего термина газ, который сильно излучает из-за когерентности, будет называться «сверхизлучающим».
В квантовой оптике сверхизлучение — это явление, которое возникает, когда группа N излучателей, таких как возбужденные атомы, взаимодействуют с общим световым полем. Если длина волны света намного превышает расстояние между излучателями, то излучатели взаимодействуют со светом коллективным и когерентным образом. [2] Это заставляет группу излучать свет в виде импульса высокой интенсивности (со скоростью, пропорциональной N 2 ). Это удивительный результат, радикально отличающийся от ожидаемого экспоненциального распада (со скоростью, пропорциональной N ) группы независимых атомов (см. спонтанное излучение ). С тех пор сверхизлучение было продемонстрировано в самых разных физических и химических системах, таких как массивы квантовых точек [3] и J-агрегаты . [4] Этот эффект был использован для создания сверхизлучающего лазера .
Вращательное сверхизлучение [5] связано с ускорением или движением близлежащего тела (которое обеспечивает энергию и импульс для эффекта). Его также иногда называют следствием «эффективного» перепада полей вокруг тела (например, эффекта приливных сил ). Это позволяет телу с концентрацией углового или линейного момента двигаться в сторону более низкого энергетического состояния, даже если для этого не существует очевидного классического механизма. В этом смысле эффект имеет некоторое сходство с квантовым туннелированием (например, тенденцией волн и частиц «найти способ» использовать существование энергетического потенциала, несмотря на отсутствие очевидного классического механизма, позволяющего этому произойти).
В то время как классическое описание вращающейся изолированной невесомой сферы в вакууме склонно утверждать, что сфера будет продолжать вращаться бесконечно из-за отсутствия эффектов трения или любой другой формы очевидной связи с ее гладкой пустой средой, в квантовой механике окружающая область вакуума не совсем гладкая, и поле сферы может взаимодействовать с квантовыми флуктуациями и ускорять их, создавая настоящее излучение. Гипотетические виртуальные волновые фронты с соответствующими путями вокруг тела стимулируются и усиливаются в реальные физические волновые фронты в процессе взаимодействия. В описаниях иногда упоминаются эти колебания, «щекотающие» поле для создания эффекта.
В теоретических исследованиях черных дыр этот эффект также иногда описывается как следствие того, что гравитационные приливные силы вокруг сильно гравитирующего тела растягивают пары виртуальных частиц , которые в противном случае быстро взаимно аннигилировали бы, с образованием популяции реальных частиц в области за пределами черной дыры. горизонт.