Почему идея нейтринного лазера провалилась с точки зрения физики
Сотрудники Массачусетского технологического института (MIT) представили два теоретических исследования, которые в совокупности доказывают: создать нейтринный лазер не позволяют фундаментальные законы физики. Ранее считалось, что подобное устройство способно ускорить испускание нейтрино в 50 000 раз. Концепция опиралась на эффект сверхизлучения в конденсате Бозе — Эйнштейна, который планировали получить из миллиона атомов рубидия-83.
Для неспециалиста стоит пояснить: нейтринный лазер — не аналог привычного светового лазера, а гипотетический способ получения мощного нейтринного сигнала с помощью квантовых эффектов. Теперь учёные показали, что этот путь закрыт.
Три препятствия, которые делают лазер недостижимым
Исследователи рассчитывали охладить атомы рубидия-83 до состояния конденсата Бозе — Эйнштейна. При этом ожидалось, что в ходе распада рубидия-83 на криптон-83 период полураспада резко сократится — с 86 дней до 2,5 минуты. Вместо этого расчёты выявили три независимых барьера.
- Отдача при распаде. Нейтрино уносит энергию порядка миллиона электрон-вольт, а атом криптона получает скорость отдачи в несколько тысяч метров в секунду. Из-за этого он покидает конденсат меньше чем за микросекунду.
- Запрет Паули. Образующиеся атомы криптона-83 — фермионы. Они подчиняются принципу запрета Паули, а значит после первого распада коллективное излучение остальных атомов становится невозможным.
- Крошечная длина волны. Длина волны нейтрино составляет порядка пикометра, поэтому конус возможного коллективного излучения оказывается чрезвычайно узким.
Итоговая оценка такова: коэффициент усиления не превышает 10⁻¹⁶, что говорит о практической невозможности реализации идеи. Результаты были обнародованы 7 сентября в 15:36.
Выводы MIT существенны для физики элементарных частиц и квантовой механики: они помогают исследователям не тратить усилия на заведомо неосуществимую конструкцию и сосредоточиться на направлениях, где теоретические идеи могут привести к настоящим открытиям. Эта работа также напоминает, насколько сложно перенести абстрактный замысел из теории в реальный физический эксперимент.