
Ученые из Бразилии и Франции впервые смогли экспериментально «пленить» часть фотонов, поглощенных большим количеством частиц - облаком из миллиарда атомов рубидия. Исследование основано на эффекте субизлучения - явления, обратного так называемой сверхсветимости или коллетивному спонтанному излучению. Время жизни возбужденных состояний при этом
увеличилось более чем в 300 раз по сравнению со стандартными значениями. Авторы считают, что их исследование может
стать основой для нового способа записи и считывания информации. Работа
опубликована  в журнале Physical Review Letters, кратко о
ней сообщает Physics.
Коллективное спонтанное излучение (или сверхизлучение Дикке,
«сверхсветимость») – явление, наблюдаемое в системе близко расположенных возбужденных
частиц, частота соударений между которыми достаточно низкая. При определенных
условиях в такой системе происходит спонтанный коллективный переход с уровня
возбуждения в основное состояние. Переход сопровождается испусканием узкого
пучка когерентных электромагнитных волн. 
Явление возникает из-за наличия корреляций между состояниями  частиц – согласованности фаз волновых функций,
в результате чего вся система ведет себя как единое целое. Название
сверхизлучение появилось по аналогии со сверхпроводимостью и сверхтекучестью,
которые также являются кооперативными когерентными явлениями. 
По своим характеристикам сверхизлучение отличается от привычных спонтанного и вынужденного – излучательные переходы в обоих случаях происходят
независимо в каждой отдельно взятой частице за счет внешнего поля или
самопроизвольно. Сверхизлучение реализуется при инверсной заселенности (когда
количество частиц в возбужденном состоянии больше чем в основном) и его интенсивность пропорциональна квадрату количества частиц, как и вынужденное излучение. Но по
длительности оно гораздо короче и не требует накапливания фотонов в системе. 
Для объяснения эффекта сверхсветимости ученые используют
модель атомного диполя. Она исходит из предположения, что во внешнем электромагнитном
поле (например, световой волне) атом поляризуется, и, таким образом, его можно
рассматривать как электрический диполь. Мысленно переведем большинство атомов в
возбужденное состояние. Через некоторое время произойдет спонтанное излучение
некоторых из них. Оно будет выступать в роли источника внешнего
электромагнитного поля и «запустит» процесс образования атомных диполей. Если
они при этом расположены на расстоянии, на котором возможно диполь-дипольное взаимодействие,
это приведет к корреляциям между направлениями и фазами дипольных моментов
отдельных атомов. Их волновые функции будут согласованы, и система в целом станет
когерентной.    
Если атомы-диполи при этом колеблются в фазе и их
дипольные моменты сонаправлены, создаваемое ими спонтанное излучение будет
представлять собой интенсивную, направленную вспышку когерентного
монохроматического излучения – это и есть сверхизлучение. Но возможна и
обратная ситуация. Если диполи колеблются в противофазе, суммарный дипольный
момент системы окажется нулевым и излучение атомов такой системы запрещено. Это
явление называется субизлучением.
Создать состояние со сверхсветимостью гораздо проще, чем «заморозить»
спонтанное излучение. В первом случае спонтанная вспышка происходит настолько
быстро, что явление оказывается нечувствительно к таким эффектам как тепловое движение,
соударения атомов, допплеровский, лэмбовский или штарковский сдвиг и другие. При этом субизлучение, наоборот, явление
длительное, и подобные эффекты начинают разрушать симметрию дипольных
взаимодействий. Поэтому, хотя состояние с субизлучением уже было получено на
системе из двух диполей, прямых экспериментальных доказательств «подавления»
спонтанного излучения на системе из большого количества частиц до сих пор не
было получено. 
