Una collaborazione di scienziati provenienti da cinque delle sorgenti di raggi X più avanzate al mondo in Europa, Giappone e Stati Uniti, è riuscito a verificare una previsione di base del comportamento quantomeccanico dei sistemi risonanti. Nello studio pubblicato su Fisica della natura , hanno potuto seguire con attenzione, una radiografia alla volta, il decadimento dei nuclei in un cristallo perfetto dopo l'eccitazione con un lampo di raggi X dalla sorgente pulsata più forte del mondo, il laser a raggi X a elettroni liberi SACLA ad Harima, Giappone. Hanno osservato una drastica riduzione del tempo impiegato per emettere la prima radiografia all'aumentare del numero di raggi X. Questo comportamento è in buon accordo con un limite di un sistema superradiante, come previsto da Robert H. Dicke nel 1954.

Dicke aveva predetto che allo stesso modo in cui una grande collezione di campane agirà in modo diverso da una singola campana che viene suonata, un gruppo di atomi emetterà luce in risposta all'eccitazione a una velocità diversa, più veloce, rispetto a un singolo atomo. Ha predetto uno stato "superradiante", dove, quando un gran numero di fotoni o quanti vengono inseriti in un sistema con molti atomi, il decadimento diventa molto più veloce che per un singolo atomo in isolamento. Prendendo l'analogia delle campane, stava suggerendo che se hai un gran numero di campane che ecciti insieme, possono suonare forte, ma il suono si estingue molto più rapidamente del dolce svanire di una singola campana. Il suo approccio includeva effetti quantistici, prevedendo che il decadimento più veloce si verificava quando il numero di quanti era la metà del numero di atomi.

Il concetto di superradianza è stato poi verificato, e, infatti, è una pietra miliare nel campo dell'ottica quantistica. Però, Dicke predisse anche che si sarebbe verificato un cambiamento molto forte nel tasso di decadimento anche quando il numero di quanti nel sistema era molto inferiore al numero di atomi nel sistema. Questo è ciò che è stato studiato nei recenti esperimenti al SACLA e all'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Francia.

Il nuovo lavoro ha sostituito i quanti a bassa energia immaginati da Dicke con raggi X ad alta energia, consentendo ai ricercatori di seguire il decadimento del sistema un quanto, ovvero un raggio X, alla volta. Però, ottenere forti impulsi di raggi X è molto più difficile che per la luce a bassa energia, e richiesto utilizzando le fonti più moderne, laser a raggi X a elettroni liberi. Queste fonti sono diventate disponibili solo di recente, e dei pochi operanti al mondo, solo uno, SACLA, al RIKEN SPring-8 Centre in Giappone, raggiunge l'elevata energia richiesta. Utilizzando questa fonte un team internazionale di ricercatori dell'ESRF in Francia, Primavera-8 in Giappone, DESY in Germania, l'APS negli USA, e l'Istituto Kurchatov in Russia, sono stati in grado di seguire con precisione il decadimento fino a 68 fotoni di raggi X. Hanno osservato che l'emissione accelerata del primo fotone era in ottimo accordo con la previsione di Dicke. Il decadimento del singolo fotone nelle stesse condizioni sperimentali è stato studiato presso l'ESRF.

Secondo Alfred Baron del RIKEN SPring-8 Center, "Attraverso questo lavoro, siamo stati in grado di dimostrare che il lavoro di Dicke è corretto, e sono stati anche in grado di offrire un quadro alternativo delle proprietà di decadimento, sulla base di un approccio statistico. Questo sarà prezioso per comprendere il lavoro futuro".