Сверхизлучение — в атомной физике — кооперативное излучение, возникающее вследствие самопроизвольного зарождения и усиления корреляций первоначально независимых атомов c инверсной заселённостью верхнего энергетического уровня. В астрофизике — явление усиления отраженной от вращающейся чёрной дыры волны.
Рассмотрим атомы вещества с двумя энергетическими уровнями. Предположим, что на уровень с энергией
переведено
атомов. Если это число меньше порогового значения
, то сверхизлучения нет,
а происходят обычные спонтанные переходы в состояние с энергией
с характерным временем
.
При этом интенсивность излучения составляет
, где
-
интенсивность излучения изолированного
атома,
— частота излучения. При
возникает явление сверхизлучения.
Излучение становится резко анизотропным и представляет собой короткий мощный импульс сверхизлучения с длительностью
и интенсивностью
испускаемый по истечении времени
. Явление сверхизлучения объясняется тем, что между фазами и амплитудами различных атомов возникает
корреляция и в случае сверхизлучения все атомы вещества излучают как один большой диполь. В телах, с размерами много большими,
чем длина волны излучения, условия осуществления явления сверхизлучения имеют вид:
,
где n — плотность возбуждённых атомов.
Возможность сверхизлучения была впервые предсказана американским физиком Р. Дикке в 1954 г. Впервые это явление было обнаружено в 1973 г. В качестве излучающего тела использовался фтористый водород HF. Для накачки использовалось излучение от лазера с длиной волны 2,5 мкм. Длительность импульса сверхизлучения составляла 100 нс.
В астрофизике сверхизлучением называется явление усиления падающих на вращающуюся чёрную дыру волн. Впервые явление усиления волн вращающимися чёрными дырами было предсказано Я. Б. Зельдовичем[1]
Явление сверхизлучения в астрофизике объясняется взаимодействием падающей волны с вращающейся чёрной дырой. В результате этого взаимодействия изменяются масса, угловой момент и электрический заряд вращающейся чёрной дыры. В некоторых случаях возможно уменьшение массы чёрной дыры и за счёт этого рассеянная чёрной дырой волна обладает большей энергией, чем падающая. Данный эффект похож на эффект усиления волн вращающимися поглощающими телами.[2];