Superradiancia

La superradiancia , en física atómica, es una radiación cooperativa que surge como resultado de la generación espontánea y el fortalecimiento de las correlaciones de átomos inicialmente independientes con una población inversa del nivel de energía superior. En astrofísica, el fenómeno de amplificación de una onda reflejada por un agujero negro en rotación.

En física atómica

El mecanismo de superradiance

Considere los átomos de la materia con dos niveles de energía. Supongamos que los átomos se transfieren al nivel de energía. Si este número es menor que el valor umbral , entonces no hay superradiancia y ocurren transiciones espontáneas ordinarias a un estado con energía con un tiempo característico . En este caso, la intensidad de radiación es , donde es la intensidad de radiación de un átomo aislado, es la frecuencia de radiación. Cuando ocurre el fenómeno de superradiancia. La radiación se vuelve marcadamente anisotrópica y es un pulso corto de superradiación poderoso con duración e intensidad emitida después de un tiempo . El fenómeno de la superrradiación se explica por el hecho de que surge una correlación entre las fases y amplitudes de diferentes átomos y, en el caso de la superradiancia, todos los átomos de una sustancia irradian como un gran dipolo. En cuerpos con dimensiones mucho mayores que la longitud de onda de la radiación, las condiciones para la implementación del fenómeno de superradiancia tienen la forma: , donde n es la densidad de átomos excitados. $E_2$ $N_2$ $Carolina del Norte}$ $E_1$ $\tau_{0}$ $I\aprox. NI_{0}$ $I_{0}=\hbar\omega_{0}/\tau_{0}$ $\omega _{0}=(E_{2}-E_{1})/\hbar$ $N_{2}>N_{c}$ $\tau _{c}={\frac {\tau _{0}}{N}}$ $I\aprox. N^{2}I_{0}$ $t_{0}\aprox.\tau _{s}\ln N$ $\tau _{s}={\frac {\tau _{0}}{\phi )),\phi ={\frac {nLc^{2}}{\omega _{0}^{2}}} \gg 1$

Historia

La posibilidad de superrradiación fue predicha por primera vez por el físico estadounidense R. Dicke en 1954. Este fenómeno se descubrió por primera vez en 1973. Se utilizó fluoruro de hidrógeno HF como cuerpo radiante. Para el bombeo se utilizó la radiación de un láser con una longitud de onda de 2,5 μm. La duración del pulso de superradiación fue de 100 ns.

En astrofísica

En astrofísica, la superrradiación es el fenómeno de amplificación de ondas incidentes en un agujero negro en rotación. Por primera vez, Ya. B. Zeldovich [1] predijo el fenómeno de la amplificación de ondas por la rotación de agujeros negros.

Explicación

El fenómeno de superradiancia en astrofísica se explica por la interacción de una onda incidente con un agujero negro en rotación. Como resultado de esta interacción, la masa, el momento angular y la carga eléctrica del agujero negro en rotación cambian. En algunos casos, es posible una disminución de la masa del agujero negro, y debido a esto, la onda dispersada por el agujero negro tiene más energía que la incidente. Este efecto es similar al efecto de amplificación de ondas por cuerpos absorbentes giratorios. [2] ;

Notas

↑ Zel'dovich Ya. B. Generación de ondas por un cuerpo giratorio // Cartas JETP . - 1971. - T. 14, N° 1. - S. 270-272.
↑ Novikov, 1986 , pág. 158.

Literatura

Dicke RH , Phys . Rvdo. 1954 vol. 93. Pág. 99.
Skribanowitz N., Hermann IP, MacGillivray MS, Feld MS // Phys. Rvdo. Letón. 1973 vol. 30. Pág. 309.
Zheleznyakov V.V. , Kocharovsky V.V. , Kocharovsky Vl. V. // ZhETF . 1984. T. 87. S. 1565.
Fine V. M. Fotones y medios no lineales. M.: Sov. radiofónica, 1972. 472 págs.
Zheleznyakov V.V. , Kocharovsky V.V. , Kocharovsky Vl. V. // Izv. universidades Radiofísica. 1986. T. 29. S. 1095.
Ginzburg N. S., Zotova I. V., Konoplev I. V. et al. // JETP Lett . 1996. V. 63. S. 322.
V. K. Voronov, A. V. Podplelov. Física moderna: libro de texto. — M.: KomKniga, 2005. — 512 p. ISBN 5-484-00058-0 , cap. 1. Óptica no lineal, pág. 1.3 Efectos no estacionarios, pág. 1.3.1 Superrradiancia, pág. 26-31.
VV Zheleznyakov ¿Qué es superradiance. (enlace no disponible) Soros Educational Journal , 1997, n.a. 4, pág. 52-57;
Identificación de Novikov , Frolov V.P. Física de agujeros negros. — M .: Nauka, 1986. — 328 p.