لیزر نوترینویی کوچک، دریچه‌های تازه برای توانایی انرژی ذرات شبح
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، تریلیون‌ها ذره شبح‌مانند به نام نوترینوها هر ثانیه از بدن ما عبور می‌کنند و بدون هیچ ردی از کنار اتم‌ها می‌گذرند. آنها که از الکترون‌ها کوچک‌تر و از فوتون‌ها سبک‌تر هستند، فراوان‌ترین ذرات جرم‌دار در جهان هستند - با این حال خواص آنها همچنان از بزرگترین اسرار فیزیک است.
اکنون، فیزیکدانان MIT یک روش جدید و جسورانه برای بررسی این ذرات گریزان پیشنهاد کرده‌اند: با ساخت اولین لیزر نوترینوی جهان. برخلاف راکتور‌های عظیم یا شتاب‌دهنده‌های ذرات، این دستگاه می‌تواند روی یک میز جا شود.
در یک مطالعه، این تیم توضیح می‌دهد که چگونه سرد کردن گاز اتم‌های رادیواکتیو تا دما‌هایی سردتر از اعماق فضا می‌تواند واپاشی رادیواکتیو آنها را همزمان کند. در این حالت کوانتومی، اتم‌ها انفجاری از نوترینو‌های فوق باردار منتشر می‌کنند، مشابه نحوه تقویت فوتون‌ها در یک پرتو لیزر معمولی.
بن جونز، یکی از نویسندگان این مقاله و دانشیار فیزیک در دانشگاه تگزاس در آرلینگتون، می‌گوید: «در مفهوم ما برای لیزر نوترینو، نوترینوها با سرعتی بسیار بیشتر از حالت عادی منتشر می‌شوند، چیزی شبیه به لیزر که فوتون‌ها را بسیار سریع منتشر می‌کند.
اتم‌های رادیواکتیو در هماهنگی
به طور معمول، اتم‌های رادیواکتیو به آرامی واپاشی می‌کنند. برای مثال، روبیدیم-۸۳ نیمه‌عمری ۸۲ روزه دارد، به این معنی که نیمی از اتم‌ها در طول تقریباً سه ماه نوترینو آزاد می‌کنند.
اما محققان محاسبه کردند که اگر یک میلیون اتم روبیدیوم-۸۳ در حالت چگالش بوز-اینشتین، حالت کوانتومی که در آن اتم‌ها مانند یک واحد رفتار می‌کنند، سرد شوند، واپاشی همزمان می‌تواند در عرض چند دقیقه رخ دهد و جریانی سریع و منسجم از نوترینوها تولید کند.
جوزف فورماجیو، استاد فیزیک دانشگاه MIT و یکی از نویسندگان این مقاله، می‌گوید: «این یک روش جدید برای تسریع واپاشی رادیواکتیو و تولید نوترینوها است که تا آنجا که من می‌دانم، هرگز انجام نشده است.
این ایده از یک اثر نوری شناخته‌شده به نام ابرتابش وام گرفته شده است، که در آن اتم‌ها به طور هماهنگ نور ساطع می‌کنند و این تابش را تقویت می‌کنند. این تیم دریافت که اعمال همین فیزیک بر روی اتم‌های رادیواکتیو می‌تواند منجر به انفجار نوترینو‌های تقویت‌شده شود.
پتانسیل فراتر از فیزیک
در صورت موفقیت، لیزر نوترینو می‌تواند امکانات شگفت‌انگیزی را فراهم کند. یکی از آنها ارتباطات است: نوترینوها به سختی با ماده برهمکنش می‌کنند، به این معنی که یک پرتو می‌تواند مستقیماً از زمین عبور کند و بدون تداخل به ایستگاه‌های زیرزمینی یا حتی زیستگاه‌های اعماق فضا برسد.
مورد دیگر پزشکی است. در کنار نوترینوها، واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ‌هایی تولید می‌کند که می‌توانند تشخیص سرطان و تکنیک‌های تصویربرداری را بهبود بخشند.
جونز می‌گوید: «باید کافی باشد که این ماده رادیواکتیو را بگیریم، تبخیر کنیم، با لیزر به دام بیندازیم، سرد کنیم و سپس آن را به یک چگالش بوز-اینشتین تبدیل کنیم. سپس باید به طور خودجوش شروع به تولید این ابرتابش کند.
ساخت چنین دستگاهی ساده نخواهد بود. ایجاد چگالش از اتم‌های رادیواکتیو هرگز محقق نشده است و این آزمایش به دقت بسیار بالا و اقدامات ایمنی سختگیرانه نیاز دارد. با این حال، محققان خوشبین هستند که یک نمایش در مقیاس کوچک در دسترس است.
فورماجیو می‌گوید: اگر معلوم شود که می‌توانیم آن را در آزمایشگاه نشان دهیم، آنگاه مردم می‌توانند در مورد این فکر کنند: آیا می‌توانیم از آن به عنوان یک آشکارساز نوترینو استفاده کنیم؟ یا یک شکل جدید از ارتباط؟» «این زمانی است که واقعاً سرگرمی شروع می‌شود.
این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده و توسط MIT News گزارش شده است.
