Predloženi neutrinski laser, uređaj koji bi stvarao uski i koherentan snop tih gotovo neuhvatljivih čestica, ne može raditi u obliku opisanom u prošlogodišnjem prijedlogu. Dvije nove analize fizičara s američkog MIT-a pokazuju da taj koncept nailazi na prepreke koje proizlaze iz osnovnih zakona kvantne fizike.
Koncept je privukao pažnju jer bi takav izvor omogućio proučavanje neutrina na dosad nezamisliv način. Neutrini prolaze kroz Zemlju i ljudsko tijelo gotovo bez međudjelovanja s običnom tvari, pa ih je teško proizvesti u uskom, snažnom i usklađenom snopu.
Ideja s ultrahladnim atomima
Prijedlog se oslanjao na oblak radioaktivnih atoma ohlađen gotovo do apsolutne nule. U takvom stanju atomi mogu oblikovati Bose-Einsteinov kondenzat, u kojem se velik broj čestica ponaša kao jedinstven kvantni sustav.
Autori izvornog prijedloga pretpostavili su da bi zajedničko kvantno stanje moglo pojačati radioaktivni raspad. Neutrini nastali u raspadu emitirali bi se usklađeno, po uzoru na kolektivno emitiranje fotona u superzračenju. Nova analiza pokazuje da taj mehanizam ne može dati potrebno pojačanje.
Povratni udar prekida zajedničko ponašanje
Prvi problem je povratni udar: kada atom emitira neutrino, produkt raspada dobiva snažan udar i brzo napušta kondenzat. Zbog toga se kolektivno kvantno stanje raspada prije nego što bi moglo pojačati sljedeće emisije.
Drugi problem je u samim neutrinima. Oni su fermioni, čestice na koje se primjenjuje Paulijevo načelo isključenja. Dva identična fermiona ne mogu zauzeti isto kvantno stanje. U idealiziranom sustavu zato ukupna stopa emisije može rasti najviše razmjerno broju atoma, a ne s njegovim kvadratom, kako bi bilo potrebno za superzračenje.
U prvom od dvaju radova, objavljenom u časopisu Physical Review Letters, istraživači su izračunali najveću moguću stopu emisije u takvom sustavu. Ona ne raste s brojem atoma na način potreban za stvaranje koherentnog snopa s potrebnim pojačanjem. Zaključak vrijedi i za širu klasu modela, a ne samo za jednu konkretnu izvedbu uređaja.
Što ostaje moguće
Neutrini i dalje nose informacije o reakcijama u zvijezdama, eksplozijama supernova i fizici čestica. Mjerenja niskoenergetskih Sunčevih neutrina već su pokazala koliko takva opažanja mogu otkriti. Njihova se fizika ipak ne može jednostavno opisati receptom koji vrijedi za svjetlost.
U drugom radu, također objavljenom u časopisu Physical Review Letters, istraživači su pokazali da Bose-Einsteinov kondenzat ne može dovoljno pojačati ni predložene izvore gama-zraka; izračunati dobitak bio bi 10−16 ili manji.
Rezultati se odnose na opisani prijedlog superzračenja iz radioaktivnog kondenzata. Ne pokazuju da je svaka zamisliva metoda stvaranja neutrinskog snopa isključena; pokazuju da ovaj mehanizam nema svojstva potrebna za rad lasera.
