Исследователи из США выяснили, что предложенный ранее нейтринный лазер не сможет функционировать из-за фермионной природы нейтрино. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters. Об этом сообщает N + 1.
Ученые изучили возможность сверхизлучения Дике для частиц, которые относятся к фермионам. При обычном сверхизлучении множество атомов взаимодействует с общим электромагнитным полем и совместно испускает фотоны. В таких условиях максимальная скорость излучения может расти пропорционально квадрату числа атомов, что значительно превышает скорость независимого излучения.
Именно этот механизм Бен Джонс и Джозеф Формаджо предложили использовать для создания нейтринного лазера. В их концепции конденсат Бозе — Эйнштейна должен был состоять из радиоактивных атомов рубидия-83. При электронном захвате они превращаются в криптон-83 и испускают нейтрино. Для миллиона атомов авторы рассчитывали сократить время распада половины рубидия с 86,2 дня примерно до 148 секунд.
Проверить эту идею решили Юй-Кун Лу, Ханчжэнь Линь и Вольфганг Кеттерле из Массачусетского технологического института. Они рассмотрели идеализированную систему, в которой атомы располагались ближе друг к другу, чем длина волны нейтрино. При этом исследователи не учитывали отдачу, доплеровские сдвиги и быстрый распад дочерних атомов, чтобы исключить влияние практических ограничений.
Результаты показали, что статистика частиц не позволяет нейтрино испускаться с тем же усилением, что и фотонам. Операторы переходов для фотонов коммутируют, поэтому амплитуды переходов разных атомов могут складываться конструктивно. У нейтрино операторы антикоммутируют, из-за чего происходит частичное подавление амплитуд. В итоге скорость коллективного испускания растет только пропорционально числу излучающих центров, а не его квадрату.
Исследователи объяснили этот эффект и с помощью принципа запрета Паули. После первого коллективного испускания оставшееся фермионное возбуждение препятствует дальнейшему усиленному излучению. Поэтому каскадного усиления, характерного для фотонного сверхизлучения, не возникает.
Ограничение сохраняется и для других многочастичных систем, включая атомы, объединенные в молекулы. Хотя коллективное испускание нейтрино возможно, получить необходимое квадратичное усиление для создания нейтринного лазера не удастся, сообщает "Самара Онлайн 24".