Русская Википедия:Сверхизлучение

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Сверхизлучение — в атомной физике — кооперативное излучение, возникающее вследствие самопроизвольного зарождения и усиления корреляций первоначально независимых атомов c инверсной заселённостью верхнего энергетического уровня. В астрофизике — явление усиления отраженной от вращающейся чёрной дыры волны.

В атомной физике

Механизм сверхизлучения

Рассмотрим атомы вещества с двумя энергетическими уровнями. Предположим, что на уровень с энергией <math>E_2</math> переведено <math>N_2</math> атомов. Если это число меньше порогового значения <math>N_c</math>, то сверхизлучения нет, а происходят обычные спонтанные переходы в состояние с энергией <math>E_1</math> с характерным временем <math>\tau_0</math>. При этом интенсивность излучения составляет<math> I \approx N I_0 </math>, где <math>I_0 = \hbar \omega_0 / \tau_0</math> - интенсивность излучения изолированного атома, <math>\omega_0 = (E_2 - E_1) / \hbar</math> — частота излучения. При <math>N_2 > N_c</math> возникает явление сверхизлучения. Излучение становится резко анизотропным и представляет собой короткий мощный импульс сверхизлучения с длительностью <math>\tau_c=\frac{\tau_0}{N}</math> и интенсивностью <math>I \approx N^2 I_0 </math> испускаемый по истечении времени <math>t_0 \approx \tau_s \ln N</math>. Явление сверхизлучения объясняется тем, что между фазами и амплитудами различных атомов возникает корреляция и в случае сверхизлучения все атомы вещества излучают как один большой диполь. В телах, с размерами много большими, чем длина волны излучения, условия осуществления явления сверхизлучения имеют вид: <math> \tau_s = \frac{\tau_0}{\phi}, \phi = \frac {nLc^2}{\omega_0^2} \gg 1</math>, где n — плотность возбуждённых атомов.

История

Возможность сверхизлучения была впервые предсказана американским физиком Р. Дикке в 1954 г. Впервые это явление было обнаружено в 1973 г. В качестве излучающего тела использовался фтористый водород HF. Для накачки использовалось излучение от лазера с длиной волны 2,5 мкм. Длительность импульса сверхизлучения составляла 100 нс.

В астрофизике

В астрофизике сверхизлучением называется явление усиления падающих на вращающуюся чёрную дыру волн. Впервые явление усиления волн вращающимися чёрными дырами было предсказано Я. Б. Зельдовичем

Объяснение

Явление сверхизлучения в астрофизике объясняется взаимодействием падающей волны с вращающейся чёрной дырой. В результате этого взаимодействия изменяются масса, угловой момент и электрический заряд вращающейся чёрной дыры. В некоторых случаях возможно уменьшение массы чёрной дыры и за счёт этого рассеянная чёрной дырой волна обладает большей энергией, чем падающая. Данный эффект похож на эффект усиления волн вращающимися поглощающими телами.Шаблон:Sfn;

Литература

• Dicke R. H. // Phys. Rev. 1954. Vol. 93. P. 99.
• Skribanowitz N., Hermann I. P., MacGillivray M. S., Feld M. S. // Phys. Rev. Lett. 1973. Vol. 30. P. 309.
• Железняков В. В., Кочаровский В. В., Кочаровский Вл. В. // ЖЭТФ. 1984. Т. 87. С. 1565.
• Файн В. М. Фотоны и нелинейные среды. М.: Сов. радио, 1972. 472 с.
• Железняков В. В., Кочаровский В. В., Кочаровский Вл. В. // Изв. вузов. Радиофизика. 1986. Т. 29. С. 1095.
• Гинзбург Н. С., Зотова И. В., Коноплев И. В. и др. // Письма в ЖЭТФ. 1996. Т. 63. С. 322.
• В. К. Воронов, А. В. Подплелов. Современная физика: учебное пособие. — М.: КомКнига, 2005. — 512 с. ISBN 5-484-00058-0, гл. 1. Нелинейная оптика, п. 1.3 Нестационарные эффекты, п. 1.3.1 Сверхизлучение, с. 26-31.
• В. В. Железняков Что такое сверхизлучение.Шаблон:Недоступная ссылка Соросовский образовательный журнал, 1997 г., н. 4, с. 52-57;
• Шаблон:Книга