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.
