Японські фізики першими у світі створили новий тип квантової радіації

Вчені з Технічного університету Відня та Інституту науки та технологій Окінави вперше показали, що суперрадіація — колективне квантове явище, яке зазвичай є нестабільним і короткочасним, — може підтримуватися самостійно та генерувати тривалі когерентні мікрохвильові сигнали без зовнішнього джерела енергії.

У досліді використали кристал діаманта з дефектами типу «нітрид‑вакансія» (NV‑центри), де електронні спіни поводяться як мініатюрні магніти. Коли діамант помістили в мікрохвильову резонаторну порожнину, після початкового потужного сплеску система несподівано почала самостійно продукувати вузькі й довготривалі імпульси випромінювання.

Моделювання показало, що ключову роль відіграють внутрішні взаємодії між спінами. Вони не руйнують когерентність, а навпаки — динамічно перерозподіляють енергію, запускаючи нові імпульси. Це явище отримало назву «самоіндукований суперрадіаційний мейзінг» — аналог лазера, але для мікрохвиль.

«Система самоорганізовується, перетворюючи хаотичні спінові взаємодії на джерело стабільного сигналу», — пояснив провідний дослідник Вензель Керстен. Його колега Кае Немото додав: «Ми показали, що ті самі взаємодії, які раніше вважали руйнівними для когерентності, можуть бути ресурсом для її створення».

Отримані стабільні сигнали відкривають перспективи для застосування в атомних годинниках, навігаційних системах та квантових сенсорах, здатних фіксувати надзвичайно слабкі поля. Подальші дослідження мають визначити, чи можна реалізувати цей ефект на інших квантових платформах і наскільки він є універсальним.