В 1954 году Р. Х. Дике поднял вопрос о присутствии невозбужденного атома вблизи возбуждённого. Размышляя над вероятностью такого сценария, положив начало исследованиям, продолжающимся по сей день. Недавно учёные сделали важнейшие наблюдения в этой области, предоставив значимые данные в квантовой оптике.
Читайте: Учёные определили форму фотона – Новая теория раскрывает тайны света
Квантовый скачок: новая эра взаимодействия света и материи
Исследованием занималась команда под руководством Доминика Шнебле (доктор философии, профессор кафедры физики и астрономии Университета Стоун-Брук). Интересно, Дике предположил, что вероятность обнаружения возбуждённого атома в упомянутом сценарии снижается вдвое.
Автор исследования 70-летней давности утверждал, что такая система может существовать в форме двух одновременных сценариев. В первом наблюдается так называемая сверхизлучение, во втором – субизлучение. При условии, что оба атома изначально возбуждены, распад будет носить сверхизлучательный характер.
Новая глава экспериментов в этой области была подробно описана в журнале Nature Physics. Авторы этих исследований идентифицировали ранее неизвестный ряд условий, предсказанных для системы кооперативных радиационных явлений. Это, в свою очередь, позволило выявить эффекты квантового мира, которые всё это время оставались малоизученными.
Важно в этом контексте объяснить, что такое спонтанное излучение, поскольку оно играет ключевую роль в проводимых экспериментах.
«Идеи Дикке имеют большое значение в квантовой информационной науке и технологии (QIST). Например, ведутся интенсивные работы по использованию сверх- и субизлучения в массивах квантовых излучателей, соединённых с одномерными волноводами. В нашей работе мы можем манипулировать субизлучательными состояниями с беспрецедентным контролем. Мы можем отключить спонтанное излучение и наблюдать, где излучение прячется в массиве. Насколько нам известно, это первая подобная демонстрация».
Доминик Шнебле
В рамках этого явления возбуждённый атом переходит в состояние с более низкой энергией и спонтанно излучает квант электромагнитного излучения. Такая эмиссия имеет форму единичного фотона. В возбуждённом состоянии распад приводит к излучению фотона, а вероятность обнаружения атома в возбуждённом состоянии экспоненциально убывает со временем.
Последние исследования в области квантовой оптики являются следствием теории Р. Х. Дике 1954 года. Учёные обратили внимание на так называемое коллективное излучение. Используя атомы, охлаждённые до экстремально низких температур в форме одномерной оптической решётки, авторы новых исследований анализировали массивы синтетических квантовых излучателей, подверженных распаду.
В таких условиях происходит излучение волн атомной материи. В случае традиционных процессов излучение имеет форму фотонов, движущихся со скоростью света. Во время исследований излучателей, содержащих слабо и сильно взаимодействующие многочастичные фазы возбуждений, команда Шнебле идентифицировала направленное коллективное излучение.
Кроме того, было описано взаимодействие между запаздыванием, субизлучательной и сверхизлучательной динамикой. В первом случае авторы исследования получили возможность манипуляций в масштабе, о котором раньше могли только мечтать.
В итоге они смогли очень точно идентифицировать скрытое излучение, что, по их мнению, является первым подобным успехом, достигнутым таким способом. Важно отметить, что учёные также имеют математические решения для сценария с двумя излучателями с максимум двумя возбуждениями и произвольной вакуумной связью.
В долгосрочной перспективе это должно позволить идентифицировать дальнейшие поведения в области коллективного распада атомов. И всё это благодаря теоретическим размышлениям, начатым в середине прошлого века.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU