Исследователи из США выяснили, что предложенный ранее нейтринный лазер не сможет работать из-за фермионной природы нейтрино. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Ученые изучили возможность коллективного испускания нейтрино по аналогии со сверхизлучением Дике. При этом эффекте множество атомов взаимодействует с общим электромагнитным полем и испускает фотоны совместно. Максимальная скорость такого излучения пропорциональна квадрату числа атомов, тогда как у независимых излучателей она растет линейно.
В прошлом году Бен Джонс и Джозеф Формаджо предложили использовать этот механизм для создания нейтринного лазера. В их концепции конденсат Бозе — Эйнштейна состоял из радиоактивных атомов рубидия-83. При электронном захвате они превращаются в криптон-83 и испускают нейтрино. По расчетам авторов, для конденсата из миллиона атомов время распада половины рубидия могло сократиться с 86,2 дня примерно до 148 секунд.
Юй-Кун Лу, Ханчжэнь Линь и Вольфганг Кеттерле из Массачусетского технологического института проверили, возможно ли подобное сверхизлучение для фермионов. Даже в идеализированной системе, где атомы расположены ближе друг к другу, чем длина волны нейтрино, и устранены другие ограничения, добиться квадратичного усиления не удалось.
Причина заключается в свойствах операторов переходов. Для фотонов они коммутируют, благодаря чему амплитуды переходов разных атомов могут складываться конструктивно. Операторы переходов нейтрино антикоммутируют, что приводит к частичному подавлению амплитуд. Поэтому максимальная скорость испускания нейтрино увеличивается только пропорционально числу излучающих центров.
Ученые также связали результат с принципом запрета Паули. После первого коллективного испускания оставшееся фермионное возбуждение блокирует дальнейшее усиленное излучение. Каскадного усиления, характерного для фотонного сверхизлучения, не возникает.
Исследователи отметили, что это ограничение сохраняется и для других многочастичных систем, включая атомы, связанные в молекулы. При этом коллективные эффекты для нейтрино возможны, однако квадратичного усиления, необходимого для нейтринного лазера, достичь нельзя, сообщает "Самара Онлайн 24" .
