Томские физики рассчитали эффект, считавшийся невозможным

Физики из Томска описали эффект, который раньше казался невозможным: в материале из проводящих спиралей заряженная частица, летящая строго вперёд, всё равно излучает фотоны — причём в ту же сторону. Об этом сообщили на сайте Минобрнауки РФ.

Речь о переходном излучении — оно появляется, когда заряженная частица пересекает границу двух сред. Ещё в 1945 году его предсказали Виталий Гинзбург и Илья Франк, а сегодня явление работает в детекторах частиц и источниках излучения. Но классическая теория описывает обычные материалы, и по ней при движении строго вдоль оси среды излучения вперёд быть не должно.

Томичи взяли принципиально иную систему — метаматериал из множества проводящих спиралей. Расчёты показали, что здесь частица ведёт себя иначе: она способна излучать фотоны в направлении своего движения. Всё дело в устройстве элементов, а не только в составе материала. Ключ — пространственная дисперсия, когда отклик среды зависит не только от частоты поля, но и от того, как оно распространяется. Учли авторы и плазмонное поле — коллективные колебания электронов вдоль спиралей.

«Наличие сильной пространственной дисперсии качественно изменяет свойства переходного излучения и приводит к новым эффектам», — отмечают авторы исследования. Простыми словами, плазмонные колебания работают как «мост»: энергия электрона уходит в материал, а обратно возвращается фотонами, летящими вслед за частицей. По мнению учёных, ценность работы не только в самом предсказании. «Можно сначала определить характеристики излучения, необходимые для конкретной задачи, а затем подобрать под них геометрию метаматериала», — отметил Пётр Королев. Такие эффекты могут пригодиться на установках класса «мегасайенс», где используют интенсивные пучки заряженных частиц.

Пока это теория. Дальше — эксперимент: проверить, возникает ли предсказанное излучение на практике, и научиться им управлять. Исследование выполнили профессор кафедры квантовой теории поля ТГУ Пётр Казинский и младший научный сотрудник ТГУ Пётр Королев, статья вышла в Physical Review B.