Paradoksalne cząstki i kondensat Bosego-Einsteina jako klucz
Neutrina to prawdziwy fenomen natury. Są najliczniejszymi cząstkami obdarzonymi masą we wszechświecie, ale jednocześnie tak słabo oddziałują z materią, że nazywa się je często cząstkami-duchami. Dotychczasowe metody ich wykrywania przypominają szukanie igły w stogu siana, ponieważ wymagają potwornie dużych detektorów i niezwykle długiego czasu obserwacji. Sercem całego pomysłu ma być wykorzystanie egzotycznego stanu materii, czyli kondensatu Bosego-Einsteina. Naukowcy planują schłodzić chmurę atomów radioaktywnego rubidu-83 do temperatur bliskich zeru absolutnemu. W takich warunkach atomy zaczynają zachowywać się jak jeden spójny organizm kwantowy.
Czytaj też: Nie da się zrobić czegoś z niczego. Czy aby na pewno?
W naszej koncepcji lasera neutrinowego, neutrina byłyby emitowane znacznie szybciej niż normalnie, trochę tak, jak laser emituje fotony bardzo szybko – wyjaśnia Ben Jones z University of Texas at Arlington
Normalnie rubid-83 rozpada się przez około 82 dni, emitując neutrina w losowych kierunkach. Jednak w stanie kondensatu milion atomów może rozpaść się w zaledwie kilka minut, tworząc spójną wiązkę neutrin. To zjawisko superpromienistości, dobrze znane w optyce, po raz pierwszy miałoby zostać zastosowane do cząstek elementarnych.
To nowatorski sposób na przyspieszenie rozpadu promieniotwórczego i produkcji neutrin, co, o ile mi wiadomo, nigdy wcześniej nie zostało dokonane – dodaje Joseph Formaggio z MIT
Potencjalne zastosowania i wyzwania techniczne
Gdyby koncepcja się sprawdziła, mogłaby otworzyć zupełnie nowe możliwości badawcze. Neutrina mogą pomóc rozwiązać niektóre z największych zagadek współczesnej fizyki, jak natura ciemnej materii czy asymetria materii i antymaterii we wszechświecie. Bardziej futurystyczne pomysły obejmują komunikację przez Ziemię. Neutrina mogłyby przenikać przez planetę bez żadnych przeszkód, umożliwiając kontakt z okrętami podwodnymi czy podziemnymi bazami. Technologia mogłaby też znaleźć zastosowanie w medycynie, produkując radioizotopy do diagnostyki nowotworów.
Badania, o których jest mowa, to dopiero początek długiej drogi. Stworzenie i utrzymanie kondensatu Bosego-Einsteina z radioaktywnych atomów to zadanie na granicy współczesnych możliwości technologicznych.
Czytaj też: Unikalne odkrycie. Naukowcy znaleźli na niebie Krzyż Einsteina i bije on inne na głowę
Jeśli okaże się, że możemy to zademonstrować w laboratorium, ludzie będą mogli zastanowić się: czy możemy tego użyć jako detektora neutrin? Albo nowej formy komunikacji? Wtedy zaczyna się prawdziwa zabawa – zauważa Formaggio
Realizacja pomysłu wymagałaby przełamania wielu barier technologicznych. Schłodzenie radioaktywnego materiału do temperatur bliskich zeru absolutnemu to nie lada wyzwanie, nie mówiąc o kontroli samego procesu rozpadu. Nawet jeśli bezpośrednie stworzenie lasera neutrinowego okaże się niemożliwe, sama praca nad kontrolą tych nieuchwytnych cząstek może przynieść wartościowe spostrzeżenia. Być może uda się opracować nowe metody detekcji lub lepiej zrozumieć fundamentalne właściwości neutrin. Dla fizyków najważniejsze jest chyba to, że wciąż pojawiają się nowe, śmiałe pomysły jak badać najbardziej nieuchwytne cząstki we wszechświecie. Neutrina od dziesięcioleci frustrują naukowców swoją nieuchwytnością. Może właśnie takie niestandardowe podejście pozwoli w końcu je okiełznać.