Исследователи Казанского федерального университета, Техасского университета и Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород) научились управлять высокочастотным гамма-излучением с помощью низкочастотного акустического воздействия.

Им удалось создать оптический "выключатель" - устройство, позволяющее пропускать или останавливать гамма-кванты при включении или выключении акустического поля. По сути, они научились при помощи акустических колебаний делать железо прозрачным для гамма-лучей, когда это необходимо.

Научные результаты, полученные международной группой ученых,  представлены в журнале Physical Review Letters (IF = 8.385). Редакция этого высокорейтингового журнала отметила публикацию как наиболее значимую, разместив в рубрике Editors' Suggestion  («Предложение редакторов»). Исследование было также анонсировано журналом Physics World, который освещает наиболее важные открытия в области физики.

Возможность управлять гамма-лучом появилась после экспериментального обнаружения сотрудниками лаборатории мессбауэровской спектроскопии Института физики Казанского федерального университета эффекта   акустически индуцированной прозрачности резонансной  среды для гамма-излучения.  Суть этого феномена заключается в преобразование спектра линии поглощения в гребенчатую структуру, состоящую из сателлитных линий, отстоящих от основной линии на частоту акустического поля. Для эксперимента были использованы гамма-кванты с энергией 14,4 кэВ, которые испускаются при распаде возбужденного состояния ядра железа-57.

«Воздействуя на поглотитель, содержащий ядра Fe-57, с помощью пьезоэлектрического преобразователя, удалось добиться того, чтобы оптически плотный поглотитель стал прозрачным для резонансных гамма-лучей. Поглотитель был закреплен на пьезопреобразователь, который вибрировал с определенной частотой и амплитудой. При амплитуде колебаний, соответствующей индексу модуляции 2.4,  поглощение фотонов с энергией 14,4 кэВ подавлялось в 148 раз», - объяснил суть эксперимента руководитель лаборатории мессбауэровской спектроскопии, доцент Института физики КФУ Фарит Вагизов.

Обнаруженный эффект позволяет контролировать прохождение резонансного гамма-излучения через среду.

«Такая возможность обусловлена квантовой  интерференцией компонент фотона падающего и рассеянного вперед излучения. Этот эффект аналогичен эффекту электромагнитно-индуцированной прозрачности в оптике, когда излучение в одной области частот используется для контроля электронными переходами атомов в другой области частот. Как известно, эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности в атомных средах имеет достаточно широкую область потенциальных приложений: создание контролируемых линий задержки, устройств записи и воспроизведения квантовой информации, частотных стандартов в атомных часах и многое другое», - рассказал ученый.

Открытый эффект показал, что с помощью низкочастотного (~10-40 МГц) акустического возбуждения можно контролировать процесс прохождения через резонансную среду высокочастотного электромагнитного излучения  с частотой более 1013 МГц. Этот  эффект может оказаться полезным для управления генерируемым излучением на современных синхротронных источниках и рентгеновских лазерах,  а также для создания перспективных квантовых устройств.