Физики предложили концепцию лазера, испускающего пучки нейтрино

Сравнение скоростей распада SR и обычной флуоресценции в 86Rb. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/l3c1-yg2l

Физики из Массачусетского технологического института предложили компактный и эффективный способ генерации нейтрино, который может быть реализован в настольном эксперименте. В статье, опубликованной в Physical Review Letters, они вводят концепцию «нейтринного лазера» — пучка нейтрино, который можно создать, охладив газ радиоактивных атомов лазером до температур ниже, чем в межзвездном пространстве.

При таких экстремально низких температурах атомы должны вести себя как единая квантовая сущность и радиоактивно распадаться синхронно. Естественный распад радиоактивных атомов высвобождает нейтрино, а в когерентном квантовом состоянии этот процесс должен ускоряться вместе с производством нейтрино. Этот квантовый эффект должен производить усиленный пучок нейтрино, аналогично тому, как фотоны усиливаются для создания обычного лазерного света.

«В нашей концепции нейтринного лазера нейтрино будут испускаться гораздо быстрее, чем обычно, подобно тому, как лазер испускает фотоны очень быстро», — говорит соавтор исследования Бен Джонс, доцент физики в Университете Техаса в Арлингтоне.

В качестве примера команда рассчитала, что такой нейтринный лазер может быть реализован с помощью 1 миллиона атомов рубидия-83. Обычно эти радиоактивные атомы имеют период полураспада около 82 дней, но в когерентном квантовом состоянии они должны подвергаться радиоактивному распаду всего за несколько минут.

«Это новый способ ускорения радиоактивного распада и производства нейтрино, который, насколько мне известно, никогда раньше не реализовывался», — отмечает соавтор Джозеф Формаджо, профессор физики в MIT.

Команда надеется построить небольшую настольную установку для проверки своей идеи. Если она сработает, нейтринный лазер можно будет использовать как новую форму связи, отправляя частицы непосредственно через Землю к подземным станциям и обитаемым объектам. Он также может стать эффективным источником радиоизотопов для медицинской визуализации и диагностики рака.

В основе концепции лежит явление сверхизлучения (superradiance), которое возникает, когда коллектив светоизлучающих атомов стимулируется к синхронному поведению. Применив те же квантовомеханические принципы к радиоактивным атомам в состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна, физики предсказали аналогичный всплеск нейтрино.

Теперь, когда физики теоретически показали возможность создания нейтринного лазера, они планируют проверить эту идею на практике.

«Если окажется, что мы можем продемонстрировать это в лаборатории, тогда люди смогут задуматься: можно ли использовать это как детектор нейтрино? Или как новую форму связи? Вот тогда начинается настоящее веселье», — говорит Формаджо.

Больше информации: B. J. P. Jones et al, Superradiant Neutrino Lasers from Radioactive Condensates, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/l3c1-yg2l

Источник: Massachusetts Institute of Technology