Томские физики предложили новый способ создания источников излучения

Ученые из Томска рассчитали необычный эффект в материале из проводящих спиралей, который в классической физике считался невозможным. Об этом сообщили на сайте Минобрнауки РФ. 

Переходное излучение возникает, когда заряженная частица пересекает границу между разными средами. Явление предсказали физики Виталий Гинзбург и Илья Франк еще в 1945 году. Сегодня его используют, в частности, в детекторах частиц и источниках излучения. Классическая теория описывает ситуацию для обычных материалов. Если частица движется строго вдоль оси среды, излучения вперед возникать не должно.

Томские ученые рассмотрели другую систему — спиральный метаматериал. Это искусственно созданная структура из множества проводящих спиралей. Теоретические расчеты показали: в специально созданном материале заряженная частица, движущаяся строго вперед, способна излучать фотоны в том же направлении. Ее свойства зависят не только от состава материала, но и от того, как устроены сами элементы. Именно здесь, по расчетам исследователей, возникает эффект, которого нет в стандартной картине.

Главную роль играет так называемая пространственная дисперсия — свойство, при котором реакция материала зависит не только от частоты электромагнитного поля, но и от особенностей его распространения. В своей модели ученые также учли плазмонное поле — коллективные колебания электронов вдоль проводящих спиралей.

«Наличие сильной пространственной дисперсии качественно изменяет свойства переходного излучения и приводит к новым эффектам»,

– отмечают авторы исследования.

Если объяснять совсем просто, плазмонные колебания становятся своеобразным "мостом": энергия движущегося электрона передается материалу, а затем преобразуется в фотоны, которые могут распространяться вперед — в том же направлении, куда движется частица. По мнению ученых, работа интересна не только как теоретическое предсказание. Свойства излучения можно связывать с геометрией спирального материала.

«Можно сначала определить характеристики излучения, необходимые для конкретной задачи, а затем подобрать под них геометрию метаматериала»,

– отметил Петр Королев.

Такие эффекты, по словам исследователей, могут представлять интерес для крупных научных установок класса "мегасайенс", где используются интенсивные пучки заряженных частиц.

Пока речь идет именно о теоретическом результате. Следующий шаг — экспериментально проверить, возникает ли предсказанное излучение на практике, и научиться им управлять. Исследование провели профессор кафедры квантовой теории поля ТГУ Петр Казинский и младший научный сотрудник ТГУ Петр Королев. Работа опубликована в журнале Physical Review B.

Ранее мы писали, как Томские ученые нашли более 100 новых видов грибов.