Физики хотели создать «лазер» из нейтрино — квантовая механика запретила это

Идея нейтринного лазера обещала превратить слабый радиоактивный распад в мощный направленный поток практически неуловимых частиц. Однако физики MIT обнаружили сразу несколько фундаментальных ограничений: проблема заключается не в технологиях, а в самих законах квантовой механики.

Физики хотели создать «лазер» из нейтрино — квантовая механика запретила это

Нейтрино почти не взаимодействуют с веществом и способны беспрепятственно проходить сквозь планеты, поэтому создание управляемого интенсивного пучка таких частиц могло бы открыть необычные возможности для фундаментальной физики. Ранее ученые предложили получать его с помощью примерно миллиона чрезвычайно холодных атомов рубидия-83.

Атомы предполагалось превратить в бозе-эйнштейновский конденсат, заставив их вести себя как единая квантовая система. При распаде рубидия-83 в криптон-83 испускается нейтрино, а коллективный эффект сверхизлучения теоретически мог многократно ускорить этот процесс. Расчеты авторов первоначальной идеи позволяли сократить характерное время распада с 86 дней примерно до 2,5 минуты.

Два новых теоретических исследования MIT показали, почему этого, вероятно, не произойдет. Первой проблемой стала огромная по атомным меркам отдача: после испускания нейтрино атом криптона разгоняется до нескольких тысяч метров в секунду и почти мгновенно покидает конденсат. Тем самым разрушается квантовая когерентность, необходимая для коллективного излучения.

Даже устранение отдачи не спасло бы концепцию. Криптон-83 относится к фермионам, а принцип запрета Паули не позволяет таким частицам занимать одинаковое квантовое состояние. В результате предполагаемая цепочка коллективных распадов фактически блокируется уже после первого события.

Исследователи обнаружили и третье препятствие. Длина волны возникающих нейтрино настолько мала, что лишь ничтожная доля частиц могла бы участвовать в коллективном направленном излучении. Для системы из миллиона атомов расчетное усиление составляет около 10⁻¹⁶ или меньше — практически нулевой результат.

Таким образом, предложенный нейтринный лазер оказался не просто чрезвычайно сложным для реализации. По расчетам физиков, его принцип работы одновременно блокируют атомная отдача, квантовая статистика и недостаточное коллективное взаимодействие. Авторы считают, что результат все равно полезен: он позволяет точнее определить границы, в которых могут работать подобные коллективные квантовые эффекты.

Читайте также

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды