Superradiance

Den superradiance er en lysstråler emitterende konsekvent lavet af exciterede atomer. Den absolutte udstråling af denne emission er så meget større end det gennemsnitlige minimum, der er givet i Plancks lov defineret for en sort krop med temperatur T som: hv3/vs.2{\ displaystyle h \ nu ^ {3} / c ^ {2}}

jegv=hv3vs.2[1+2eksp⁡(hv/kTP)-1]{\ displaystyle I _ {\ nu} = {\ frac {h \ nu ^ {3}} {c ^ {2}}} [1 + {\ frac {2} {\ exp (h \ nu / kT_ {P }) -1}}]}

Historisk

Det var Yakov Zel'dovitch, der først beskrev dette fænomen og Robert Dicke, der formulerede det matematisk i 1954 . Så var det Igor Novikov dengang ved universitetet i Moskva, der offentliggjorde denne teori.

Forklaringer

Denne udstråling bevares for en stråle, der efterlader den sorte krop i et gennemsigtigt medium, der definerer Planck-temperaturen for en stråle fra dens absolutte udstråling og dens frekvens. Et medium med to niveauer, hvis energi adskiller sig fra , forstærker en lysstråle med frekvens, hvis mediet Boltzmann på mediet ved denne frekvens er negativ eller større end . I dette tilfælde er Einstein-koefficienten positiv. TP{\ displaystyle T_ {P}}hv{\ displaystyle h \ nu}v{\ displaystyle \ nu} TB{\ displaystyle T_ {B}}TP{\ displaystyle T_ {P}} B{\ displaystyle B}

Denne forstærkning er proportional med , til den indledende absolutte udstråling og til den uendelige sti d, der er rejst i mediet. Hvis den endelige udstråling er tæt på den minimale udstråling beregnet af Plancks lov, siges det at være spontan emission. Omvendt, hvis den endelige udstråling er meget større end , er der superstråling. B{\ displaystyle B}x{\ displaystyle x}hv3/vs.2{\ displaystyle h \ nu ^ {3} / c ^ {2}}hv3/vs.2{\ displaystyle h \ nu ^ {3} / c ^ {2}}

Som et resultat absorberer en stråle, der oprindeligt har en høj udstråling, lokalt meget mere energi end en lav stråle. Da energiabsorption generelt sænker Boltzmann-temperaturen, bliver forstærkning af svage stråler ubetydelig: det er konkurrencen mellem optiske tilstande.

I en laser producerer en resonator en intens superradiance, kun optiske tilstande er tilbage, der hører til et system med gensidigt ortogonale tilstande.

I astrofysik fører eksistensen af ​​brintskyer ved lavt tryk og delvist ioniseret i nærheden af ​​meget varme stjerner til en meget høj Boltzmann-temperatur af atomerne, især ved Lyman-alfafrekvensen . Det forekommer derfor intense superradiancer.

En meget varm stjerne ioniserer fuldstændigt en Strömgren-sfære til protoner og elektroner omgivet af en skal, der forstærker strålingen af ​​stråler, der er tangent til Strömgren-sfæren. Da systemerne er ufuldkomne, observerer vi lysbuer, perlekæder som IPHASXJ194359.5 + 170901 eller Einstein-korset . De tre perlekæde af supernova SN 1987A svarer til limboen i en strömgren kugle formet som et timeglas.

Noter og referencer

1. (de) Max Planck , “  Eine neue Strahlungshypothese  ” , Verh. Deutsch. Phys. Ges , bind.  13,1911, s.  138-175
2. (in) RH Dicke , "  Coherence in Spontaneous Radiation Processes  " , Physical Review , vol.  1,1 st januar 1954, s.  99-110 ( DOI  10.1103 / PhysRev.93.99 )
3. (De) Albert Einstein , "  Zur Quantentheorie der Strahlung  " , Phys. Z. , bind.  18,1917, s.  121-1288