В обычных лазерах источником излучения выступают фотоны, "саморазмножающиеся" в рабочем теле излучателя. В процессе накачки лазера фотоны сталкиваются с зеркальными стенками устройства, из-за чего те начинают вибрировать. Эти вибрации негативным образом сказываются на спектре и других характеристиках излучения, что ограничивает точность обычных лазеров.

Сверхизлучение лишено этих недостатков, так как на подготовку импульса фотоны и зеркала практически не влияют. Источником излучения является группа тесно расположенных атомов, охлажденных почти до абсолютного нуля (минус 273 градуса Цельсия).

После этого атомы накачиваются при помощи внешнего источника энергии и часть их электронов переходит из состояния покоя на высокий энергетический уровень. Когда число "заряженных" атомов достигает определенной критической отметки, отдельные атомы теряют "индивидуальность" и их коллектив спонтанно испускает пучок идеально синхронизированных частиц света - фотонов - с очень узкой частотой излучения.

Как отмечают Томпсон и его коллеги, ученые предпринимали множество попыток создать лазер на основе этого эффекта, однако они всегда сталкивались с проблемой подбора рабочего вещества и "накачки" нужного числа атомов без преждевременного испускания фотонов отдельными "индивидами".

Исследователи решили эту проблему при помощи двух нестандартных решений. В качестве рабочего материала они использовали газ из щелочного металла рубидия. Атомы этого вещества можно легко охладить до сверхнизких температур и "поймать" в ловушку. С другой стороны, у этого материала есть серьезный недостаток - структура его электронной оболочки препятствует созданию лазера с узким спектром излучения.

Томсон и его коллеги решили эту проблему, периодически "накачивая" атомы рубидия при помощи обычного лазера. Благодаря облучению в атомах рубидия появлялся "виртуальный" высокий энергетический уровень, необходимый для спонтанного перехода электронов в состояние покоя. В результате этого возникало сверхизлучение, хотя и с несколько "смазанным" спектром по сравнению с тем, который бы возник в случае "честной" реализации этого эффекта.

Тем не менее, экспериментальный излучатель Томсона и его коллег примерно в тысячу раз чувствительнее самых точных обычных лазеров. Благодаря этому "безфотонные" излучатели, а также синхронизированные с ними обычные лазеры, можно использовать для создания сверхточных атомных часов, а также для других целей - астрономических и физических наблюдений, улучшения работы спутников GPS и систем оптической связи.