بزرگنمايي:

سیاست و بازاریابی - ایسنا / محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) به این نتیجه رسیده‌اند که لیزرهای نوترینو اختراعاتی غیرممکن هستند.
افزایش ۵۰ هزار برابری انتشار نوترینو روی کاغذ ممکن به نظر می‌رسید، اما محاسبات اخیر نشان می‌دهد که این اتفاق نخواهد افتاد.
نوترینوها همه جا هستند و در هر ثانیه تریلیون‌ها نوترینو از سیارات، ستارگان و بدن ما عبور می‌کنند. با این حال، کنترل این ذرات گریزان به طرز چشمگیری دشوار است.
پیش از این، فیزیکدانان راهی برای تولید پرتوی متمرکز و لیزر مانند از نوترینوها با خنک کردن اتم‌های رادیواکتیو تا دماهای بسیار پایین پیشنهاد کرده بودند.
با این حال، دو مطالعه نظری جدید از محققان MIT نشان می‌دهد که مکانیک کوانتومی بنیادی، مانع از کار لیزر نوترینوی پیشنهادی می‌شود؛ نه به دلیل یک مشکل مهندسی، بلکه به این دلیل که خود طبیعت این فرآیند را مسدود می‌کند.
نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند که چشم‌انداز ابرتابش نوترینو با محدودیت‌های اساسی روبرو می‌شود؛ محدودیت‌هایی که نه توسط چالش‌های مهندسی، بلکه توسط خود مکانیک کوانتومی اعمال می‌شوند.
لیزری ساخته شده از ذرات شبح
طرح اولیه لیزر، سرد کردن حدود یک میلیون اتم رادیواکتیو روبیدیوم-۸۳ به حالت چگالش بوز-اینشتین را مطرح می‌کرد؛ حالتی که در آن اتم‌ها به صورت جمعی به عنوان یک سیستم کوانتومی واحد رفتار می‌کنند.
این ایده بر ابرتابش متکی بود، پدیده‌ای که در آن بسیاری از ذرات به جای مستقل بودن، به صورت جمعی تابش می‌کنند.
به جای اینکه نرخ تابش با تعداد اتم‌ها افزایش یابد، در حالت ایده‌آل می‌تواند مقیاس‌بندی شود.
برای لیزر نوترینوی پیشنهادی، روبیدیوم-۸۳ در حین آزاد کردن یک نوترینو به کریپتون-۸۳ واپاشی می‌کند. محققان تخمین زدند که انتشار جمعی می‌تواند نیمه عمر ۸۶ روزه روبیدیوم را به تقریباً ۲.۵ دقیقه کاهش دهد که افزایشی تقریباً ۵۰ هزار برابری در نرخ انتشار نوترینو است.
با این حال، محاسبات جدید نشان می‌دهد که این سناریو با چندین مانع اساسی مواجه می‌شود.
اتم خود را از بازی بیرون می‌کند
اولین مشکل، پس‌زنی است. یک نوترینوی تولید شده توسط واپاشی هسته‌ای تقریباً یک میلیون الکترون‌ولت انرژی حمل می‌کند که بسیار بیشتر از یک فوتون مرئی است. به دلیل پایستگی تکانه، اتم کریپتون تازه تولید شده سرعت پس‌زنی چند هزار متر بر ثانیه دریافت می‌کند.
این سرعت برای اتم کافی است تا در کمتر از یک میکروثانیه از چگالش عبور کند که برای ایجاد گسیل جمعی بسیار سریع است. حرکت آن به طور مؤثر نشان می‌دهد که کدام اتم نوترینو را تولید کرده و همدوسی کوانتومی مورد نیاز برای ابرتابش را از بین می‌برد.
با این حال، حتی اگر محققان بتوانند به نحوی این مشکل پس‌زنی را برطرف کنند، مانع دوم باقی می‌ماند.
محققان یک حالت ایده‌آل را در نظر گرفتند که در آن هر دو اتم روبیدیوم و کریپتون به عنوان بوزون رفتار می‌کردند. در این شرایط، واپاشی‌های متوالی می‌توانند چگالش را از طریق حالت‌های کوانتومی جمعی حرکت دهند و به نرخ گسیل اجازه دهند به مقیاس N² برسد.
با این حال، اتم‌های کریپتون-۸۳ واقعی فرمیون هستند. اصل طرد پائولی مانع از اشغال حالت کوانتومی یکسان توسط فرمیون‌های یکسان می‌شود. در نتیجه، زنجیره واپاشی جمعی پس از واپاشی اول مسدود می‌شود و حداکثر نرخ گسیل متناسب با N باقی می‌ماند؛ یعنی همان مقیاسی که از اتم‌های مستقل انتظار می‌رود.
بن‌بستی که فیزیک به ما نشان می‌دهد
مطالعه دوم حتی پس از در نظر گرفتن موقت کریپتون به عنوان یک بوزون، مشکل دیگری را یافت.
فضای آزاد برخلاف یک حفره نوری، حالت گسیل ثابتی را ارائه نمی‌دهد. طول موج بسیار کوتاه و در مقیاس پیکومتری نوترینوهای واپاشی هسته‌ای، مخروط گسیل جمعی احتمالی را فوق‌العاده باریک می‌کند.
محاسبات نشان می‌دهد که کسری از نوترینوهایی که می‌توانند به صورت جمعی شرکت کنند، آنقدر کوچک است که حتی یک میلیون اتم نیز بسیار پایین‌تر از آستانه مورد نیاز برای ابرتابش قرار می‌گیرند. تنظیمات پیشنهادی، بهره‌ای تنها در حدود 10 به توان 16 یا کمتر را فراهم می‌کنند که عملاً هیچ تقویت مفیدی ندارند.
این دو مطالعه با هم نشان می‌دهند که چرا ساخت لیزر نوترینوی پیشنهادی غیر ممکن است. خود مکانیسم اساساً توسط پس‌زنی، خواص کوانتومی و عدم جفت‌شدگی جمعی کافی مسدود می‌شود.
ولفگانگ کِتِرله(Wolfgang Ketterle)، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد فیزیک در دانشگاه MIT می‌گوید: این دو مقاله به نوعی مشت اول و دوم هستند. هر یک از این دو مقاله می‌تواند این فرض را از بین ببرد.
این نتیجه ممکن است مانند پایان یک ایده به نظر برسد، اما همچنین نشان می‌دهد که چرا پیشنهادهای نظری شکست‌خورده می‌توانند ارزشمند باشند. این مطالعات با آشکار کردن دقیق محل شکست رفتار کوانتومی جمعی، تصویر واضح‌تری از آنچه سیستم‌های کوانتومی آینده برای امکان‌پذیر کردن اثرات مشابه نیاز دارند، ارائه می‌دهند.