Природа запретила нейтринный лазер
На бумаге идея выглядела изящно. Берём около миллиона атомов радиоактивного рубидия-83, охлаждаем почти до абсолютного нуля, где вся эта толпа ведёт себя как единая квантовая система. И получаем узкий направленный пучок нейтрино: что-то вроде лазера, только из самых неуловимых частиц во Вселенной.
Две
свежие теоретические работы физиков из MIT ставят на этой затее крест. Причём мешают не инженерные трудности, а сама квантовая механика.
Работать всё должно было на эффекте сверхизлучения: атомы испускают частицы не поодиночке, а сообща, и темп растёт не пропорционально их числу N, а как N². Рубидий распадается в криптон-83 и выпускает нейтрино, а
период полураспада в 86 дней должен был сжаться примерно до 2,5 минуты — почти пятидесятитысячное ускорение.
Первый удар — отдача. Нейтрино уносит около миллиона электронвольт, чудовищно много по меркам обычного фотона. По закону сохранения импульса свежеродившийся атом криптона получает пинок и разгоняется до нескольких километров в секунду. За доли микросекунды он вылетает из конденсата — и этим себя выдаёт. А как только понятно, какой именно атом излучил нейтрино, квантовая когерентность рушится, и коллективного эффекта уже не будет.
Допустим, отдачу как-то убрали. Тогда мешает второе: криптон-83 — фермион. Принцип запрета Паули не даёт двум одинаковым фермионам занять одно и то же квантовое состояние, поэтому цепочка коллективных распадов обрывается после первого же. Рост снова линейный — ровно как у независимых атомов.
Третье препятствие — само пространство. В оптическом лазере есть резонатор, задающий моду излучения. В открытом пространстве его нет, а
длина волны нейтрино от ядерного распада измеряется пикометрами, поэтому конус, в котором атомы могли бы излучать согласованно, получается исчезающе узким. Миллиона атомов не хватает даже близко.
Обидно? Не очень. Расчёты точно показывают, где именно ломается коллективное квантовое поведение — а значит, подсказывают, каким должно быть устройство, в котором подобные эффекты всё-таки заработают.
@vselennayaplus
