Физики рассмотрели влияние квантовой интерференции на спектральные и пространственные свойства тормозного излучения при рассеянии электронов на атомах и наноондуляторах. Их расчеты показали, что придание состояниям налетающих электронов суперпозиционной формы способно влиять на направленность и монохроматичность тормозного излучения.

Работа опубликована в Nature Communications, доступен также препринт.

Квантовая электродинамика (КЭД) – это наиболее успешный и точный раздел квантовой теории поля. Он описывает электромагнитное взаимодействие во всех его проявлениях и процессах, участниками которых являются в основном электроны, позитроны и фотоны.

Большинство КЭД-эффектов находят свое подтверждение в экспериментах по рассеянию частиц, будь то спектроскопия атомов или упругие столкновения. Начальные и конечные частицы при этом принято описывать состояниями с определенным импульсом, потому что, согласно квантовой механике, частица, которая достаточно долго летит без взаимодействия (например, в трубе спектрографа или в ускорителе), со временем стремится к такому состоянию. Это нашло свое отражение в том, что состояния с определенным импульсом лежат в основе вычислений, проводимых в КЭД.

Вместе с тем квантовая механика допускает состояния суперпозиции, в которых импульс частицы может быть неопределенным. Можно было бы ожидать, что суперпозиция состояний начальных частиц приведет к суперпозиции состояний конечных частиц и к соответствующим эффектам квантовой интерференции, однако такого никогда не наблюдалось в эксперименте. Причина этого в том, что интерференционные члены в сечении рассеяния зануляются из-за законов сохранения энергии и импульса.

Физики из Израиля, Сингапура и США при участии Томаса Кристенсена (Thomas Christensen) показали, что можно найти такой диапазон суперпозиционных состояний, при которых интерференционные члены останутся ненулевыми из-за одинакового баланса энергий и импульсов, и это повлияет на результат всего КЭД-процесса.