Команда Кеттерле: «нейтринный лазер» на основе квантово-запутанного атомного облака теоретически неосуществим

Нобелевский лауреат Вольфганг Кеттерле и его команда провели теоретическую проверку концепции «нейтринного лазера» и пришли к выводу, что данный подход принципиально труднореализуем. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Ранее эта идея была предложена американскими физиками: основная суть заключалась в использовании облака атомов рубидия-87 или других нестабильных изотопов, приведённых в определённое квантовое состояние, для создания направленного пучка нейтрино. Согласно замыслу, создание нейтринного источника, аналогичного лазеру, могло бы ускорить измерение массы нейтрино и способствовать наблюдению за явлениями взаимопревращения различных типов нейтрино.

Команда Кеттерле в этот раз сосредоточилась на вопросе о том, могут ли большое количество атомов, подобно синхронному испусканию фотонов в традиционном лазере, согласованно излучать нейтрино и другие фермионы. Исследователи построили упрощённую вычислительную модель атомного облака, включив в расчёт возможные квантовые взаимодействия между атомами, а также свойства нейтрино и других фермионных частиц.

Результаты расчётов показали, что исходная концепция «нейтринного лазера» не в полной мере учитывает влияние коллективных возбуждённых состояний фермионов, а такое коллективное поведение препятствует образованию новых нейтрино. Иными словами, даже в квантовой системе, подобной конденсату Бозе — Эйнштейна, радиоактивные атомы не способны формировать синхронное усиленное излучение, аналогичное лазерному излучению фотонов.

Исследователи отмечают, что в таком случае каждый распадающийся атом может испустить лишь одно нейтрино, что не позволяет запустить предполагаемую «цепную реакцию» и, следовательно, невозможно получить синхронный нейтринный импульс от атомного облака. На этом основании команда Кеттерле заключает, что подход к созданию нейтринного лазера на основе квантово-запутанного атомного облака несостоятелен с теоретической точки зрения, что также ставит под сомнение возможность использования подобных устройств для изучения свойств нейтрино.