Ефекти ехо-камери та перспективи їх практичного використання

Зміст

1. Вступ

2. Електромагнітні імпульси у середовищі

2.1 Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною

2.2 Квантовій опис атомів і резонансна взаємодія з електромагнітним полем

2.3 «Площа» імпульсів і їх вплив на атом

3. Загальна характеристика явища фотонної луни та його експериментальне спостереження

3.1 Якісній розгляд. Аналогія зі спіновою луною

3.2 Експеріментальне дослідження явища

3.3 Місце фотонної луні серед інших явищ нелінійної оптики

4. Математичній апарат для опису фотонної луні

Висновки

Література

 
1. Вступ

Мета роботи - розповісти про клас нестаціонарних фізичних явищ - ефекти ехо-камера, з яких фотонна ехо-камера - одне з найбільш яскравих і таких, що володіють чудовими перспективами практичного вживання.

Знаходячись в горах, лісі або просто величезному залі, ми чуємо ехо-камеру - віддзеркалення голосно виголошених звуків з деякою затримкою в часі. Ехо-камера пояснюється віддзеркаленням звукових хвиль від перешкод - схилів гір, узлісь лісу, стенів будинків. Це явище відоме людині з незапам'ятних часів. Само назва "ехо-камера" означає ім'я німфи, яка перетворилася на тінь в покарання за свою балакучість (по одній з легенд) так, що вона могла повторювати лише кінці слів. Тоді людині явище ехо-камера здавалася таємничою. Людина одушевляла довколишню природу. Сьогодні ми б сказали, що людина неживу природу наділяла властивостями штучного інтелекту: вона запам'ятовувала сказану людиною словесну фразу і відтворювала її через деякий час, тобто володіла пам'яттю і властивостями обробки інформації. Вже давно явище ехо-камера широко використовується в технології, наприклад при вимірі глибини ехолотом, а в нашому XX столітті - в радіолокації.

Ті явища, які сьогодні включають в назву термін "ехо-камера", мають абсолютно іншу фізичну природу. Такі явищ дуже багато: ехо-камера спину, фотонна ехо-камера, циклотронна ехо-камера, плазмова ехо-камера, електроакустична ехо-камера, осциляторна ехо-камера, поляризаційна ехо-камера і ін. У всіх цих явищах ми маємо справу з рухом (в основному що коливає або обертальним) великого числа більш менш незалежних елементів: механічних або магнітних моментів ядер, дипольних моментів атомів або молекул, пружними коливаннями малих часток або фероелектричних і феромагнітних доменів і так далі Всім цим явищам властиво така властивість, як когерентність і звернення в часі. Під зверненням часу слід розуміти такий процес, який повторює послідовність подій деякого руху в зворотному по ходу часу порядку. У свою чергу, поняття когерентності широко використовується в науці в різному контексті. Само слово "когерентність" означає узгодженість. У загальній фізиці під когерентністю слід розуміти рух декількох осциляторів (коливань) з постійною в часі різницею фаз. У оптиці для опису явища інтерференції світлових променів існує точніше визначення, засноване на використанні властивостей кореляційних функцій джерел випромінювань. У побутовому сенсі рух регулярний, синхронізоване для великого числа учасників процесу можна вважати когерентним, тоді як їх випадковий, незалежний один від одного хаотичний рух буде некогерентним. На цьому далі зупинимося детально, але спочатку розглянемо просту наочну модель на побутовому, добре відомому прикладі для розуміння конкретних нестаціонарних ефектів типа ехо-камери.

2. Електромагнітні імпульси у середовищі 2.1 Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною

 

Електромагнітна взаємодія — одна з чотирьох фундаментальних взаємодій. Електромагнітна взаємодія існує між частками, що володіють електричним зарядом. З сучасної точки зору електромагнітна взаємодія між зарядженими частками здійснюється не прямо, а лише за допомогою електромагнітного поля.

З точки зору квантової теорії поля електромагнітна взаємодія переноситься безмасовим бозоном — фотоном (часткою, яку можна представити як квантове збудження електромагнітного поля). Сам фотон електричним зарядом не володіє, а значить не може безпосередньо взаємодіяти з іншими фотонами.

З фундаментальних часток в електромагнітній взаємодії беруть участь ті, що також мають електричний заряд частки: кварки, електрон, мюон і тау-частка (з ферміонів), а також заряжені калібрувальні бозони.

Електромагнітна взаємодія відрізняється від слабкої і сильної взаємодії своїм дальнодіючим характером — сила взаємодії між двома зарядами спадає лише як друга міра відстані. По такому ж закону спадає з відстанню гравітаційна взаємодія. Електромагнітна взаємодія заряджених часток набагато сильніше гравітаційного, і єдина причина, по якій електромагнітна взаємодія не виявляється з великою силою на космічних масштабах, — електрична нейтральність матерії, тобто наявність в кожній області Вселеної з високою мірою точності рівних кількостей позитивних і негативних зарядів.

У класичних (неквантових) рамках електромагнітна взаємодія описується класичною електродинамікою.

Коротке зведення основних формул класичної електродинаміки

На провідник із струмом, поміщений в магнітне поле, діє сила Ампера:

На заряджену частку, рухому в магнітному полі, діє сила Лоренца:

1.         У тому числі електромагнітна взаємодія і між електрично нейтральними в цілому частками (тобто, коли їх сумарний заряд нуль), але складові частини яких володіють зарядами, так що взаємодія не зводиться до нуля, хоча і швидко убуває з відстанню. Наприклад, нейтрон — нейтральна частка, проте він містить в своєму складі заряджені кварки і тому бере участь в електромагнітній взаємодії (зокрема, володіє ненульовим магнітним моментом).

2.         Розділ квантової теорії поля, що описує електромагнітну взаємодію носить назву квантової електродинаміки. Це зразковий, найдобріше розроблений і такий, що піддається розрахунку розділ квантової теорії поля, і взагалі одна з найбільш успішних і точних - в сенсі експериментального підтвердження - галузей теоретичної фізики.