Каждый миг триллионы нейтрино проходят через тела людей и через всю планету, не оставляя почти никаких следов. Это самые легкие частицы с массой во Вселенной, меньше электронов и почти невидимые для приборов. Их масса до сих пор точно не известна, а исследовать нейтрино крайне трудно.
Ученые Массачусетского технологического института описали концепцию нейтринного лазера. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Обычно ученые создают пучки нейтрино с помощью реакторов и ускорителей, где радиоактивные атомы распадаются и выбрасывают эти частицы. Такой процесс требует огромных установок и затрат. Теперь предложен иной путь — миниатюрная лабораторная система, в которой нейтрино могут рождаться синхронно и образовывать мощный поток, аналогичный лазеру из фотонов.
Как рождается нейтринный лазер
Физики предполагают, что если охладить газ радиоактивных атомов до температуры, близкой к абсолютному нулю, он перейдет в особое квантовое состояние, называемое конденсатом Бозе-Эйнштейна. В этом состоянии атомы действуют как единое целое. Их радиоактивный распад становится синхронизированным, и они испускают нейтрино в виде усиленного пучка.
Ученые рассчитали, что миллион атомов рубидия-83 можно превратить в такую систему. Обычно половина этих атомов распадается за 82 дня, но в квантовом состоянии процесс займет всего несколько минут. Это сродни явлению сверхизлучения в квантовой оптике, когда группа атомов испускает световой всплеск гораздо интенсивнее, чем по отдельности.
Перспективы и возможности
Если концепция будет подтверждена экспериментально, нейтринный лазер может найти уникальные применения. Такие пучки частиц способны проходить сквозь планету без преград. Это открывает перспективу создания нового способа связи: сообщения смогут передаваться напрямую через Землю, к подземным станциям или закрытым объектам.
Кроме того, процесс образования нейтрино сопровождается появлением радиоизотопов. Эти нестабильные элементы могут использоваться для медицинской визуализации и диагностики рака. Таким образом разработка соединяет фундаментальную физику с прикладной медициной и технологиями связи.
На грани возможного
Ученые признают, что речь идет пока о теории. Реализация требует сверхточного охлаждения радиоактивных атомов, что крайне сложно и опасно. Но если удастся создать настольную установку, то наука получит инструмент, сопоставимый по значимости с изобретением светового лазера.
«Если нам удастся реализовать эту концепцию, это изменит представление о том, как можно использовать радиоактивный распад и нейтрино», — отмечают авторы работы. По их словам, в этом случае начнется самое интересное — путь к новым способам наблюдать Вселенную и общаться сквозь толщу Земли.
Тем временем в Китае приступил к работе крупнейший в мире детектор, который уже сейчас помогает разгадать тайны природы. Ранее Наука Mail рассказала о запуске подземной обсерватории JUNO.
