Международная группа ученых предложила создать сверхъяркие источники света на основе квазичастиц, такие же мощные, как и самые совершенные из существующих в настоящее время, но гораздо меньше по размеру. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics.
Источники когерентного света, такие как лазеры на свободных электронах (ЛСЭ), создают яркие лучи, использующиеся для исследований в области биологии, химии и физики. Однако для увеличения яркости этих источников требуются все более крупные инструменты, причем самые крупные установки, такие как источник когерентного света Linac в Стэнфорде, имеют длину несколько километров.
В отличие от лазеров, на свободных электронах компактные плазменные ускорители имеют длину всего лишь несколько сантиметров, но, чтобы достигнуть яркости ЛСЭ, они должны стать временно когерентными и сверхизлучающими. Временная когерентность — это согласованное протекание волновых процессов в направлении распространения излучения, а сверхизлучение — это квантовое явление, выражающееся в спонтанной корреляции первоначально независимых атомов-излучателей из-за их взаимодействия с общим световым полем.
В новой работе ученые выяснили, что для достижения временной когерентности и сверхизлучения можно использовать квазичастицы, образуемые множеством электронов, движущихся синхронно. Для изучения поведения квазичастиц было использовано высокопроизводительное компьютерное моделирование. Оказалось, что коллективное поведение светоизлучающих зарядов способствует излучению с характеристиками, запрещенными для отдельных зарядов.
Так, по словам авторов, общее излучение всех электронов может имитировать излучение частицы, движущейся быстрее света, хотя не существует ни одного электрона, который был бы быстрее света. Согласно гипотезе, предложенной в исследовании, квазичастицы могут производить невероятно яркий свет, преодолевая лишь небольшое расстояние, что потенциально может вызвать широкомасштабные научные и технологические достижения в лабораториях по всему миру.