Τα νετρίνα, τα «φαντασματικά» σωματίδια που αποτελούν ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής, θα μπορούσαν, όπως πίστευαν οι ερευνητές, να τεθούν υπό έλεγχο αν συγκεντρώνονταν σε μια δέσμη λέιζερ. Δύο νέες αναλύσεις δείχνουν όμως ότι τα νετρίνα είναι πολύ πιο «ολισθηρά» απ’ όσο θεωρούσαν, γεγονός που καθιστά το προτεινόμενο σχέδιο για λέιζερ νετρίνων αδύνατο.
Οι επιστήμονες μελετούν τα νετρίνα από τη δεκαετία του 1940. Είναι από τα πιο άφθονα σωματίδια στο σύμπαν, όμως πολλά στοιχεία για αυτά παραμένουν άγνωστα. Ιδιαίτερα, είναι εξαιρετικά ελαφρά, σχεδόν φαντάσματα σε σύγκριση με πιο βαριά σωματίδια όπως τα νετρόνια, ενώ η ακριβής μάζα τους δεν έχει ακόμη αποσαφηνιστεί.
Το 2025, ο Μπεν Τζόουνς από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στη Βρετανία και ο Τζόζεφ Φορμάτζιο από το Massachusetts Institute of Technology (MIT) πρότειναν έναν νέο και απροσδόκητο τρόπο για να ρίξουν φως στο ζήτημα: να χρησιμοποιηθούν χιλιάδες εξαιρετικά ψυχρά ραδιενεργά άτομα για να δημιουργηθεί μια δέσμη λέιζερ από νετρίνα.
Ο Βόλφγκανγκ Κέτελε, επίσης από το MIT, άκουσε μια διάλεξη για την ιδέα και αμέσως ανησύχησε ότι ίσως ήταν υπερβολικά καλή για να είναι αληθινή. Εκείνος και οι συνεργάτες του επιβεβαίωσαν τώρα αυτή την υποψία με δύο αυστηρές μαθηματικές μελέτες.
Τα νετρίνα παράγονται όταν ραδιενεργά άτομα υφίστανται πυρηνική διάσπαση. Ο Τζόουνς και ο Φορμάτζιο υποστήριξαν θεωρητικά ότι αν πολλά τέτοια άτομα που διασπώνται ωθούνταν σε μια κβαντική κατάσταση της ύλης που ονομάζεται «συμπύκνωμα Μποζ-Αϊνστάιν» (BEC), όπου όλα μοιράζονται την ίδια κβαντική κατάσταση, τότε οι εκπομπές νετρίνων θα ενισχύονταν και θα σχημάτιζαν μια δέσμη παρόμοια με λέιζερ. Η δημιουργία ενός τέτοιου BEC θα απαιτούσε να ψυχθούν χιλιάδες ραδιενεργά άτομα σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, ώστε να συμπεριφέρονται κβαντικά, κάτι που αποτελεί μεγάλη τεχνική πρόκληση.
Όμως ο Κέτελε, που τιμήθηκε με Νόμπελ για τη δημιουργία μερικών από τα πρώτα BECs τη δεκαετία του 1990, και η ομάδα του εντόπισαν ένα βαθύτερο εμπόδιο.
Το βασικό στοιχείο της πρότασης για το λέιζερ νετρίνων ήταν ένα φαινόμενο μνήμης: όταν ένα άτομο στο BEC εξέπεμπε ένα νετρίνο, θα ήταν πιο πιθανό να συνεχίσει να εκπέμπει νετρίνα προς την ίδια κατεύθυνση, ωθώντας τα σε δέσμη, επειδή η κβαντική κατάσταση που μοιράζονται όλα τα υπερψυχρά άτομα θα διατηρούσε ένα ίχνος από εκείνη την πρώτη εκπομπή. Ο Κέτελε και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι αυτή η μνήμη, παρότι υπάρχει, θα διαρκούσε περίπου 10.000 δισεκατομμύρια φορές λιγότερο απ’ όσο χρειάζεται για να επηρεάσει τα νετρίνα όπως είχε σχεδιαστεί. Ακόμη πιο ανησυχητικό, η ομάδα διαπίστωσε ότι η μνήμη θα είχε στην πραγματικότητα το αντίθετο αποτέλεσμα από το επιδιωκόμενο, κάτι που ο Κέτελε αποκαλεί αντιμνήμη.
«Αν είμαι ένα άτομο και έχω εκπέμψει ένα νετρίνο, δεν μου επιτρέπεται να [αμέσως] εκπέμψω ξανά ένα νετρίνο», λέει. Η προέλευση αυτού του φαινομένου είναι λεπτή και συνδέεται με το ότι τα νετρίνα είναι μια κατηγορία σωματιδίων που ονομάζονται φερμιόνια, τα οποία συμπεριφέρονται θεμελιωδώς διαφορετικά από τα σωματίδια του φωτός, πάνω στα οποία βασίζονται οι ιδέες μας για τα λέιζερ.
Οι συγκρούσεις γαλαξιών μπορούν να δημιουργήσουν μια δέσμη εστιασμένης μικροκυματικής ακτινοβολίας, γνωστή ως maser, και οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει το πιο φωτεινό που έχει ποτέ παρατηρηθεί.
«Νομίζω ότι αυτές οι μελέτες αποσαφηνίζουν πού βρίσκεται η πραγματική δυσκολία», λέει ο Κάιλ Λιτς από το Queen’s University στον Καναδά. «Για ενέργειες σε πυρηνική κλίμακα [που σχετίζονται με τη διάσπαση των ατόμων], αυτές οι απαιτήσεις γίνονται εξαιρετικά πιεστικές».
Όπως σημειώνει, η νέα ανάλυση δεν αποκλείει απόλυτα κάθε πιθανό τρόπο κατασκευής ενός λέιζερ νετρίνων, αλλά δείχνει ότι το πιο συμβατικό σενάριο, στο οποίο κάθε άτομο εκπέμπει ένα νετρίνο, δεν μπορεί να λειτουργήσει. Αν κάθε άτομο εξέπεμπε δύο νετρίνα τη φορά, η ανάλυση ίσως ήταν διαφορετική, λέει. «Νομίζω ότι το ενδιαφέρον επιστημονικό ερώτημα τώρα γίνεται πιο συγκεκριμένο, αντί να εξαφανίζεται: ποια είδη πυρηνικών ή νετρίνικων διεργασιών, αν υπάρχουν, αποφεύγουν τους περιορισμούς που έχουν εντοπίσει;» λέει ο Λιτς. Κατά τη γνώμη του, αυτό το ερώτημα είναι πιθανότερο να απαντηθεί οριστικά μέσα από πειράματα.
Ο Φορμάτζιο και ο Τζόουνς δεν απάντησαν στο αίτημα του New Scientist για σχόλιο.
Για τον Κέτελε, το μάθημα από το λέιζερ νετρίνων που δεν μπορεί να υπάρξει είναι ότι η επιστήμη μπορεί να διορθώνει τον εαυτό της, ακόμη κι όταν αυτό σημαίνει εγκατάλειψη εμπνευσμένων και δημιουργικών ιδεών. Για να ξεκαθαρίσει η εικόνα χρειάστηκαν ώρες συζήτησης, και με τον Τζόουνς και τον Φορμάτζιο. Όμως, όπως λέει, έτσι ακριβώς πρέπει να λειτουργεί τελικά η φυσική.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/8x7k-rwx2
Physical Review Letters DOI: 10.1103/rnx6-wqpf
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
