Superzáření

Superradiance - v atomové fyzice - je kooperativní záření, které vzniká jako výsledek spontánního generování a posilování korelací původně nezávislých atomů s inverzní populací horní energetické hladiny. V astrofyzice jev zesílení vlny odražené od rotující černé díry.

V atomové fyzice

Mechanismus superradiance

Uvažujme atomy hmoty se dvěma energetickými hladinami. Předpokládejme, že atomy jsou převedeny na energetickou hladinu. Pokud je toto číslo menší než prahová hodnota , pak nedochází k žádnému superzáření a dochází k obyčejným spontánním přechodům do stavu s energií s charakteristickým časem . V tomto případě je intenzita záření , kde je intenzita záření izolovaného atomu, je frekvence záření. Když nastane fenomén superradiance. Záření se stává ostře anizotropním a je to krátký silný superradiační puls s trváním a intenzitou emitovaný po čase . Fenomén superradiance se vysvětluje tím, že mezi fázemi a amplitudami různých atomů vzniká korelace a v případě superradiance všechny atomy látky vyzařují jako jeden velký dipól. V tělesech s rozměry mnohem většími, než je vlnová délka záření, mají podmínky pro realizaci jevu superradiance tvar: , kde n je hustota excitovaných atomů. $E_2$ $N_2$ $N_{c}$ $E_1$ $\tau_{0}$ $I\cca NI_{0}$ $I_{0}=\hbar \omega _{0}/\tau _{0}$ $\omega _{0}=(E_{2}-E_{1})/\hbar$ $N_{2}>N_{c}$ $\tau _{c}={\frac {\tau _{0}}{N}}$ $I\cca N^{2}I_{0}$ $t_{0}\cca \tau _{s}\ln N$ $\tau _{s}={\frac {\tau _{0}}{\phi )),\phi ={\frac {nLc^{2}}{\omega _{0}^{2}}} \gg 1$

Historie

Možnost superradiance poprvé předpověděl americký fyzik R. Dicke v roce 1954. Tento jev byl poprvé objeven v roce 1973. Jako vyzařující těleso byl použit fluorovodík HF. Pro čerpání bylo použito záření z laseru o vlnové délce 2,5 μm. Doba trvání superradiančního pulzu byla 100 ns.

V astrofyzice

V astrofyzice je superradiance fenomén zesílení vln dopadajících na rotující černou díru . Poprvé byl fenomén zesílení vln rotujícími černými dírami předpovězen Ya. B. Zeldovichem [1]

Vysvětlení

Fenomén superradiance v astrofyzice se vysvětluje interakcí dopadající vlny s rotující černou dírou. V důsledku této interakce se mění hmotnost, moment hybnosti a elektrický náboj rotující černé díry. V některých případech je možný pokles hmotnosti černé díry a díky tomu má vlna rozptýlená černou dírou více energie než ta dopadající. Tento efekt je podobný efektu zesílení vlny rotujícími absorbujícími tělesy. [2] ;

Poznámky

↑ Zel'dovich Ya. B. Generování vln rotujícím tělesem // JETP Letters . - 1971. - T. 14, č. 1. - S. 270-272.
↑ Novikov, 1986 , str. 158.

Literatura

Dicke RH , Phys . Rev. 1954 sv. 93. S. 99.
Skribanowitz N., Hermann IP, MacGillivray MS, Feld MS // Phys. Rev. Lett. 1973 sv. 30. S. 309.
Zheleznyakov V.V. , Kocharovsky V.V. , Kocharovsky Vl. V. // ZhETF . 1984. T. 87. S. 1565.
Fine V. M. Fotony a nelineární média. M.: Sov. rozhlas, 1972. 472 s.
Zheleznyakov V.V. , Kocharovsky V.V. , Kocharovsky Vl. V. // Izv. vysoké školy. Radiofyzika. 1986. T. 29. S. 1095.
Ginzburg N. S., Zotova I. V., Konoplev I. V. a kol. // JETP Lett . 1996. V. 63. S. 322.
V. K. Voronov, A. V. Podplelov. Moderní fyzika: učebnice. — M.: KomKniga, 2005. — 512 s. ISBN 5-484-00058-0 , Ch. 1. Nelineární optika, str. 1.3 Nestacionární efekty, str. 1.3.1 Superradiance, str. 1.3. 26-31.
VV Zheleznyakov Co je superradiance. (nedostupný odkaz) Soros Educational Journal , 1997, n.a. 4, str. 52-57;
Novikov I.D. , Frolov V.P. Fyzika černých děr. — M .: Nauka, 1986. — 328 s.