Neutrinų tyrimai gali apsiversti viską aukštyn kojomis: kuriamas kryptingas neutrinų pluoštas

JAV mokslininkai, tarp jų ir Masačusetso technologijos instituto (MIT) tyrėjai, pasiūlė ambicingą koncepciją, kuri galėtų iš esmės pakeisti neutrinų tyrimus ir net ryšio technologijas. Kalbama apie teorinį neutrinų lazerį, kuris, skirtingai nei dabartiniai šaltiniai, leistų sukurti kryptingą ir kontroliuojamą neutrino dalelių pluoštą. Tokia priemonė, jei kada nors būtų realizuota, atvertų naują etapą fundamentinėje fizikoje.

Neutrinai dažnai vadinami dalelėmis vaiduokliais, nes su medžiaga sąveikauja itin silpnai. Milžiniški jų kiekiai nuolat praeina pro Žemę ir žmogaus kūną, tačiau aptikti juos pavyksta tik retais atvejais, todėl pasaulyje statomi didžiuliai detektoriai giliai po žeme, lede ar po vandeniu. Būtent šis sunkiai „pagavimas“ ir yra priežastis, kodėl tikslūs eksperimentai su neutrinais iki šiol buvo labai riboti.

Kas trukdo dabartiniams šaltiniams

Šiandien neutrino pluoštai paprastai išgaunami naudojant branduolinius reaktorius arba didelius dalelių greitintuvus. Tai brangūs, sudėtingi ir didelio masto įrenginiai, o jų skleidžiami neutrinai dažnai būna prastai suvaldomi: pluoštas mažiau kryptingas, o parametrus tiksliai reguliuoti sunku. Dėl to dalis matavimų tampa statistiškai lėti, o kai kurios idėjos lieka tik teorijoje.

MIT mokslininkų siūlomas sprendimas siekia sukurti laboratorinio masto šaltinį, kuris bent teoriškai tilptų į mažesnę eksperimentinę infrastruktūrą. Pagrindinis tikslas yra ne „galingesnis reaktorius“, o visai kitoks principas: priversti emisiją vykti darniai, kad neutrino signalas taptų tankesnis ir labiau kryptingas.

Idėjos šerdis: BEC ir rubidis

Koncepcija remiasi itin žemomis temperatūromis, artimomis absoliučiam nuliui, kai medžiaga gali pereiti į Bose ir Einšteino kondensato būseną. Tokiu režimu atomai ima elgtis ne kaip atskiri objektai, o kaip vieninga kvantinė sistema, kurioje procesai gali sinchronizuotis. Ši savybė ir laikoma raktu į valdomą, „suderintą“ emisiją.

Siūloma naudoti radioaktyvių atomų debesį, kaip pavyzdį minint rubidžio izotopą. Įprastai radioaktyvus skilimas vyksta atsitiktinai ir yra sunkiai prognozuojamas laike, tačiau kondensato būsenoje atsiranda galimybė tikėtis labiau suderinto elgesio. Teorinis tikslas būtų gauti ne pavienius, o sutelktus neutrino impulsus.

Superradiacija ir galimos pasekmės

Vienas svarbiausių aptariamų reiškinių yra superradiacija, kai daugelio emiterių kolektyvinis elgesys gali smarkiai sustiprinti spinduliuotės intensyvumą. Jei toks efektas būtų pritaikomas neutrinų generavimui, emisija galėtų vykti gerokai greičiau ir „ryškiau“ nei įprasto atsitiktinio skilimo atveju. Tai leistų teoriškai priartėti prie tankaus, eksperimentams patogesnio neutrino pluošto.

Tokio įrankio vertė fundamentinei fizikai būtų didelė, nes neutrino savybės yra vienas jautriausių langų į fizikos ribas. Tikslūs matavimai prisidėtų prie neutrino masės ir kitų parametrų tikslinimo, o tai svarbu aiškinantis, kaip formuojasi medžiagos ir antimaterijos disbalansas Visatoje. Praktinėje plotmėje dažniausiai minima požeminė komunikacija, nes neutrinai gali prasiskverbti per medžiagą ten, kur radijo bangos ar šviesa nebeveikia.

Vis dėlto patys autoriai pabrėžia, kad tai kol kas teorinis pasiūlymas, o ne paruoštas įrenginys. Didžiausios kliūtys yra inžinerinės: sukurti ir ilgai išlaikyti stabilų Bose ir Einšteino kondensatą iš radioaktyvių atomų, užtikrinti sistemos saugumą ir išsaugoti kvantinę darną skilimo procesuose. Net jei pirmieji bandymai būtų kuklūs, sėkmė reikštų naują kryptį, kurioje susitinka kvantinė optika, branduolinė fizika ir itin tiksli laboratorinė kontrolė.