Физики нашли фундаментальные препятствия для создания нейтринного лазера
Физики Массачусетского технологического института показали, что предложенная ранее идея создания «нейтринного лазера» противоречит фундаментальным законам физики. Исследователи обнаружили сразу две независимые причины, которые не позволяют получить направленный и усиленный поток нейтрино.
Нейтрино постоянно проходят через Вселенную и практически не взаимодействуют с обычным веществом. В прошлом году физики предложили использовать для создания нейтринного лазера облако радиоактивных атомов, охлаждённое до нанокельвиновых температур. В таком состоянии атомы образуют бозе-конденсат Эйнштейна и могут вести себя как единая квантовая система.
Предполагалось, что синхронный радиоактивный распад атомов вызовет эффект сверхизлучения, известный для фотонов, и позволит усилить нейтринное излучение в одном направлении. В качестве примера рассматривались радиоактивные атомы рубидия, для которых теоретически период полураспада мог бы сократиться с 86 дней до одной минуты.
Однако расчёты Вольфганга Кеттерле и его коллег показали, что нейтрино при распаде уносит огромную энергию — около миллиона электронвольт. Из-за этого атом получает сильную отдачу и практически мгновенно покидает конденсат. Квантовая корреляция, необходимая для усиления последующих распадов, поэтому не успевает сформироваться.
Есть и другая проблема. Нейтрино являются фермионами, тогда как фотоны — бозоны. Исследователи показали, что из-за этого квантовая «память» конденсата работает противоположным образом: она не способствует испусканию следующего нейтрино в том же направлении, а создаёт анти-корреляцию, препятствующую формированию направленного луча.
Таким образом, нейтринный лазер оказывается невозможен как из-за огромной отдачи атомов, так и из-за фундаментальной фермионной природы нейтрино. Авторы первоначальной идеи признали новые расчёты убедительным научным испытанием своей гипотезы.
Исследование в журнале Physical Review Letters.