Leuchten Sie ein Licht in einen Supraleiter

Wir haben ein kondensiertes Materieanalog des Higgs-Mechanismus. Umgangssprachlich sagen wir, dass das Eichboson – in diesem Fall das Photon – das Goldstone-Boson – in diesem Fall Plasmonen, die aus einem Kondensat von Cooper-Paaren aufgebaut sind – „auffrisst“, wodurch ein neues Quasiteilchen entsteht. Anders als Photonen hat dieses Quasiteilchen eine Energielücke in der Dispersionsrelation. Dies ist das kondensierte Materieanalog eines massiven Vektorbosons. Anders als ein Photon kann dieses Quasiteilchen beispielsweise die Geschwindigkeit Null haben.

Es ist auch wahr, dass, wenn die Energie des Photons, bevor es den Supraleiter erreicht, kleiner als die Energielücke ist, dieses Photon reflektiert wird. Ist die Anfangsenergie größer, haben wir für die Wellenfunktion eine Überlagerung eines transmittierten und eines reflektierten Anteils.

Bearbeiten: Wenn es um praktische Probleme geht, ist es sogar noch beeindruckender: Der supraleitende Spiegel war die experimentelle Schlüsselkomponente im Experiment von Haroche, Raymond und Brune, siehe zB http://arxiv.org/abs/quant-ph/0612031 und http ://arxiv.org/abs/0707.3880 für die ersten experimentellen Beweise der Geburt und des Todes eines Photons in einem Hohlraum mit supraleitendem Spiegel. Dieses Experiment wurde 2012 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet, siehe http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/ . Ohne den ultrahohen Reflexionskoeffizienten des supraleitenden Spiegels (für Mikrowellenstrahlung) wären diese Experimente nicht möglich gewesen.

In der grundlegenden Elektrodynamik heißt es, dass Licht nicht in ein Metall "hineindringen" kann. Daher denkt man nur an ein Stück Metall als Randbedingung für alle lichtbezogenen Probleme. Ich sehe keinen Unterschied zu diesem Ansatz, wenn es um Supraleiter geht. Sie können sich den Supraleiter einfach wie gewöhnliches Metall vorstellen, mit absolut der gleichen Schlussfolgerung über die Reflexion von Licht von seiner Oberfläche.

Andererseits ist es offensichtlich, dass einige Atome oder das Metall irgendwie mit den Feldern interagieren müssen. Wenn wir über die Elektrodynamik kontinuierlicher Medien sprechen, haben wir es mit Skalen zu tun, die viel größer als die atomare Skala sind. Die Aussage über das Nichtdurchdringen des Magnetfeldes im Inneren des Supraleiters gilt auch für große Skalen, während es tatsächlich in die Medien bis in die Tiefe hinein gelangt$10^{-5}$Zentimeter. Im Vergleich zu interatomaren Skalen ist dies ziemlich groß. Dasselbe gilt für "Licht dringt nicht in Metall ein".

Bei Röntgenstrahlen kann man meiner Meinung nach die klassische Elektrodynamik überhaupt nicht anwenden, da die Wellenlängen allmählich mit den Atomgrößen vergleichbar sind (1 nm für weiche Röntgenstrahlung und 0,01 für harte Röntgenstrahlung gegenüber 0,05 nm für Bohr-Radius).

Ich schlage vor, einige Artikel über supraleitende Einzelphotonendetektoren zu lesen, da diese im Wesentlichen in Bezug auf Ihre Frage funktionieren. Die aktuellen Theorien darüber, wie sie funktionieren, reichen von;

Hot-Spot-Modell: Das Photon bricht ein Kupferpaar auf, die angeregten Elektronen brechen dann benachbarte Kupferpaare auf, was zu einem Bereich im Normalzustand führt.

Vortex-unterstützt: Das einfallende Photon erregt einen Wirbel (oder ein Wirbel-Antiwirbel-Paar) über der Gibbs-Barriere für freie Energie.

Kinetischer Induktivitätsdetektor: Ähnlich wie das Hot-Spot-Modell, aber die Änderung in$L_k$verursacht die messbare Spannung.

Ich glaube, Phasenschlupf ist eine weitere mögliche Erklärung, aber ich verstehe es nicht gut genug, um eine Erklärung dafür zu geben.