Вчені представили концепцію «першого у світі нейтринного лазера» для досліджень

Дослідники зі США запропонували абсолютно новий тип лазера, який замість світла випромінює нейтрино — одні з найзагадковіших частинок у Всесвіті. Ідею представили науковці з Массачусетського технологічного інституту MIT разом із партнерами, і вона може радикально змінити підхід до вивчення фундаментальної фізики.

«Примарні частинки», які майже неможливо зловити

Нейтрино часто називають «частинками-привидами», адже вони майже не взаємодіють із матерією. Щосекунди через кожну людину проходять трильйони таких частинок, не залишаючи жодного сліду.

Попри свою поширеність, нейтрино залишаються дуже погано вивченими. Навіть їхня маса досі точно не визначена, адже зафіксувати ці частинки надзвичайно складно.

Нова концепція: лазер без світла

У традиційній фізиці нейтрино отримують у величезних установках — ядерних реакторах або прискорювачах частинок. Такі системи складні, дорогі й не дозволяють точно керувати потоком частинок.

Запропонований «нейтринний лазер» працює за іншим принципом: замість фотонів він має створювати спрямований потік нейтрино в контрольованому режимі. Ідея полягає в тому, щоб використати принципи, подібні до звичайного лазера, але перенести їх у сферу ядерної фізики.

Як це може працювати

У звичайному лазері атоми збуджуються і випромінюють світло синхронно, створюючи вузький промінь фотонів. У новій концепції цей принцип пропонують застосувати до радіоактивних атомів.

Фізики розглядають можливість охолодження хмари атомів, наприклад рубідію-83, до температур, нижчих за умови міжзоряного простору. У такому стані утворюється особливий квантовий ефект — конденсат Бозе–Ейнштейна, у якому атоми поводяться як єдина система.

У цьому стані розпад атомів може стати синхронізованим, а не випадковим. Це здатне породити короткий, але дуже інтенсивний «спалах» нейтрино — своєрідний пучок, подібний до лазерного променя.

Квантовий ефект колективного випромінювання

Ключову роль тут відіграє явище суперрадіації — коли група атомів випромінює енергію не окремо, а спільно. У такому випадку сигнал стає значно сильнішим і більш впорядкованим.

Якщо цей ефект вдасться застосувати до радіоактивного розпаду, можна буде отримати інтенсивний потік нейтрино, який раніше вважався практично недосяжним.

Чому це важливо

Поява такого інструменту відкрила б нові можливості для фізики частинок. Вчені змогли б точніше вимірювати властивості нейтрино та, можливо, наблизитися до розгадки таких фундаментальних питань, як природа темної матерії або причина переваги матерії над антиматерією у Всесвіті.

Можливі застосування

Окрім фундаментальних досліджень, нейтринний лазер може мати і практичне значення. Оскільки нейтрино проходять крізь більшість матеріалів, їх можна було б використовувати для зв’язку через Землю — наприклад, між підводними або підземними об’єктами, де звичайні сигнали не працюють.

Також подібні технології можуть сприяти створенню нових методів у медицині, зокрема для отримання радіоактивних ізотопів, що використовуються в діагностиці та лікуванні.

Поки що — лише теорія

Попри перспективність, концепція нейтринного лазера залишається теоретичною. Найбільші виклики — це створення конденсату Бозе–Ейнштейна з радіоактивних атомів і підтримка умов для синхронного розпаду.

Однак дослідники вважають, що перші експериментальні перевірки можуть стати можливими в майбутньому.

Новий напрям у фізиці

Ідея нейтринного лазера демонструє, як сучасна наука поєднує квантову фізику, ядерні процеси та оптику для створення зовсім нових інструментів дослідження. Навіть якщо пристрій ніколи не буде реалізований у повному вигляді, сама концепція відкриває нові горизонти у розумінні найменших будівельних блоків Всесвіту.