Физики из США теоретически показали принципиальную возможность постройки нейтринного лазера. В основе идеи — явление сверхизлучения в радиоактивном конденсате Бозе — Эйнштейна. Ученые рассчитали, что в конденсате из примерно миллиона атомов рубидия-83 период полураспада сократится с 86 дней до двух с половиной минут. Статья опубликована в Physical Review Letters.
Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом, что и делает их крайне трудными для изучения, хотя они играют важную роль как в астрофизике (например, в динамике сверхновых), так и в фундаментальной физике частиц. Сегодня исследователи научились фиксировать лишь некоторые процессы с их участием, а такие параметры, как точные массы или природа (майорановская или дираковская), остаются неизвестными. Проблему редких событий ученые решают, строя гигантские детекторы, содержащие тонны регистрирующего вещества, либо располагая детекторы вблизи интенсивных источников нейтрино, таких как ядерный реактор. Однако создание компактного интенсивного источника нейтрино все еще остается важной задачей.
Бен Джонс (B. J. P. Jones) из Техасского университета в Арлингтоне и Джозеф Формаджо (J. A. Formaggio) из Массачусетского технологического института предложили использовать механизм, аналогичный сверхизлучению Дике, при котором коллективный распад ускоряется за счет когерентных квантовых корреляций в среде. В обычном случае так усиливается фотонное излучение, но в бозе-конденсате все атомы делят одну и ту же пространственную волновую функцию, и условие близости выполняется автоматически. В результате каждый последующий распад становится неразличимым с точки зрения того, какой атом его инициировал, и амплитуды таких процессов складываются. Это приводит к коллективному ускорению распада: скорость возрастает пропорционально квадрату числа частиц в конденсате, а возникающий поток нейтрино становится когерентным и усиленным.
По расчетам авторов, в конденсате из 106 атомов рубидия-83 половина вещества распадется всего за 148 секунд вместо десятков дней. Ученые отмечают, что такой источник можно рассматривать как аналог лазера, но для нейтрино. В качестве реального кандидата они предлагают именно рубидий-83: его можно охладить лазерными методами до состояния конденсата, он обладает подходящими свойствами, а продукты распада легко регистрировать по рентгеновским квантам. Кроме того, возможна работа со смесью стабильного рубидия-87 и радиоактивного рубидия-83, что должно упростить создание и удержание конденсата.
Пока идея остается теоретической: еще не ясно, как именно охлаждать радиоактивный газ до конденсата и как справиться с нагревом ловушки при распаде. Тем не менее авторы подчеркивают, что впервые показали возможность когерентного усиления нейтринного излучения, и это открывает принципиально новый путь к созданию нейтринных источников.