Нейтрино — это вездесущие, но неуловимые частицы, которые пронизывают Вселенную, проходя триллионами через целые планеты, звезды и наши тела каждую секунду. Эти элементарные частицы часто называют призрачными из-за их почти нулевой массы и неуловимой природы.
В 2025 году ученые, казалось, еще больше усилили загадочность этой частицы, предложив концепцию нейтринного лазера. Они предположили, что концентрированный пучок нейтрино можно получить, охладив облако радиоактивных атомов до нанокельвиновых температур — примерно до одной миллиардной кельвина.
Однако работа физиков из Массачусетского технологического института (США) показала, что концепция нейтринного лазера и аналогичное предложение для гамма-излучения невозможны. Причина кроется в «отдаче» — кинетической энергии, возникающей в результате реакции, и фундаментальной «фермионной» природе нейтрино.
По сравнению с видимыми фотонами, энергия которых составляет один электронвольт, нейтрино естественным образом испускаются при распаде атомов и обладают энергией в миллион раз большей. Когда нейтрино вырывается из атома, атом, в свою очередь, должен отскакивать в миллион раз сильнее, чем при излучении видимых фотонов.
Пока атом, получивший отдачу, остается в конденсате, он может сделать его сверхизлучающим. Но когда нейтрино испускается с энергией в миллион электронвольт, атом отскакивает со скоростью, эквивалентной 10 Махам, то есть быстрее истребителя.
Тем не менее, предложение о нейтринном лазере предполагало, что вырвавшийся атом должен оставить своего рода квантовый отпечаток в конденсате, который сообщает конденсату в целом испускать будущие нейтрино в том же точном, подобном лазеру направлении.
Однако команда с помощью теоретического анализа показала, что это не так. Они рассмотрели модель, описывающую сверхизлучение. Она определяет условия, при которых происходит сверхизлучение фотонов. Физики применили эту модель к случаю радиоактивных атомов и нейтрино, приняв во внимание диапазон энергий, при которых испускаются частицы, а также возникающую отдачу распадающегося атома и динамику конденсата.
Эти расчеты показали, что при любом из рассмотренных сценариев сверхизлучение невозможно. Атом просто отскакивал слишком быстро, чтобы мог сформироваться какой-либо квантовый отпечаток. Как будто бы конденсат мгновенно терял «память» об испущенном нейтрино и поэтому продолжал испускать нейтрино, как и обычные атомы, без усиления.
Эта антикорреляция, по мнению ученых, обусловлена тем, что нейтрино по своей сути является фермионом – частицей, которая имеет полуцелое квантовое число (спин). От того, какой спин у частицы — целый или полуцелый, — зависит, как она взаимодействует на квантовом уровне с другими частицами. Даже если предположить, что атом оставляет в конденсате квантовый «след», этот след не говорит следующему нейтрино лететь в том же направлении. Наоборот — он сообщает системе, что следующее нейтрино не должно лететь туда же. Поэтому вместо усиления направленного излучения возникает эффект, противоположный необходимому для лазера.
Ранее физики впервые зарегистрировали рассеяние самых слабых солнечных нейтрино на электронах.