Een samenwerking van wetenschappers van vijf van 's werelds meest geavanceerde röntgenbronnen in Europa, Japan en de VS, is erin geslaagd een basisvoorspelling van het kwantummechanische gedrag van resonantiesystemen te verifiëren. In de studie gepubliceerd in Natuurfysica , ze waren in staat om nauwkeurig te volgen, één röntgenfoto tegelijk, het verval van kernen in een perfect kristal na excitatie met een flits van röntgenstralen van 's werelds sterkste gepulseerde bron, de SACLA röntgenvrije elektronenlaser in Harima, Japan. Ze zagen een dramatische vermindering van de tijd die nodig was om de eerste röntgenfoto uit te zenden naarmate het aantal röntgenstralen toenam. Dit gedrag komt goed overeen met één limiet van een superradiant systeem, zoals voorspeld door Robert H. Dicke in 1954.

Dicke voorspelde dat, op dezelfde manier dat een grote verzameling klokken anders zal werken dan een enkele klok die wordt getikt, een groep atomen zal licht uitzenden als reactie op excitatie met een andere snelheid - sneller - dan een enkel atoom. Hij voorspelde een "superradiante" toestand, waar, wanneer grote aantallen fotonen of quanta in een systeem met veel atomen worden gestopt, het verval wordt veel sneller dan voor een afzonderlijk atoom. Door de analogie van klokken te nemen, hij suggereerde dat als je een groot aantal bellen hebt die je samen opwekt, ze kunnen luid rinkelen, maar het geluid sterft veel sneller uit dan het zacht wegsterven van een enkele bel. Zijn benadering omvatte kwantumeffecten, voorspellen dat het snelste verval plaatsvond wanneer het aantal quanta de helft van het aantal atomen was.

Het concept van superradiance is sindsdien geverifieerd, en, inderdaad, is een toetssteen op het gebied van kwantumoptica. Echter, Dicke voorspelde ook dat er een zeer sterke verandering in de vervalsnelheid zou optreden, zelfs als het aantal quanta in het systeem veel kleiner was dan het aantal atomen in het systeem. Dit is onderzocht in de recente experimenten bij SACLA en de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Frankrijk.

Het nieuwe werk verving de lage-energetische quanta die Dicke voor ogen had met röntgenstralen met hoge energie, waardoor de onderzoekers het verval van het systeem één kwantum konden volgen - dat wil zeggen één röntgenfoto - tegelijk. Echter, het krijgen van sterke pulsen van röntgenstralen is veel moeilijker dan voor licht met lage energie, en vereist gebruik van de modernste bronnen, röntgenvrije elektronenlasers. Deze bronnen zijn pas recentelijk beschikbaar gekomen, en van de weinige die in de wereld actief zijn, maar een, SACLA, in het RIKEN SPring-8 Center in Japan, bereikt de vereiste hoge energie. Met behulp van deze bron heeft een internationaal team van onderzoekers van de ESRF in Frankrijk, Lente-8 in Japan, DESY in Duitsland, de APS in de VS, en het Kurchatov Instituut in Rusland, waren in staat om het verval nauwkeurig te volgen voor maximaal 68 röntgenfotonen. Ze zagen de versnelde emissie van het eerste foton in uitstekende overeenstemming met de voorspelling van Dicke. Het verval van één foton onder dezelfde experimentele omstandigheden werd bestudeerd aan de ESRF.

Volgens Alfred Baron van het RIKEN SPring-8 Center, "Door dit werk we konden aantonen dat het werk van Dicke correct was, en waren ook in staat om een ​​alternatief beeld te geven van de vervaleigenschappen, gebaseerd op een statistische benadering. Dit zal waardevol zijn voor het begrijpen van toekomstig werk."