Dans deux articles publiés dans la revue Physical Review Letters, une équipe de physiciens du MIT a montré que le laser à neutrinos – un concept proposé il y a à peine un an – ne peut pas réellement être construit, quelle que soit l’avancée de la technologie.
Proposée par le professeur Joe Formaggio du MIT et le Dr Ben Jones de l’Université du Texas à Arlington, l’idée du laser à neutrinos était élégante dans son ambition.
Refroidissez un nuage d’atomes radioactifs jusqu’à des températures nanokelvin – un milliardième du froid de l’espace interstellaire – et les atomes devraient s’installer dans un condensat de Bose-Einstein, un état quantique bizarre dans lequel ils agissent comme une entité unique et synchronisée.
Dans cet état, ont proposé les physiciens, la désintégration radioactive des atomes s’accélérerait considérablement et les neutrinos qu’ils émettent en tant que sous-produit se diffuseraient ensemble dans un faisceau étroit semblable à celui d’un laser, raccourcissant ainsi considérablement les demi-vies radioactives.
Mais selon le professeur Wolfgang Ketterle du MTI, lauréat du prix Nobel qui a co-découvert les condensats de Bose-Einstein en 1995, l’idée était trop belle pour être vraie.
En collaboration avec les physiciens Hanzhen Lin et Yu-Kun Lu du MIT, le professeur Ketterle présente une analyse en deux parties démontrant que le concept du laser à neutrinos, ainsi qu’une proposition similaire pour les rayons gamma, est physiquement et fondamentalement impossible.
Les neutrinos sont émis avec environ un million de fois plus d’énergie que les photons visibles utilisés dans les lasers ordinaires, ce qui signifie que l’atome qui les libère recule à des vitesses équivalentes à Mach 10, suffisamment vite pour disparaître presque instantanément du condensat. Cela ne laisse pas de temps pour le type d’« empreinte » quantique que nécessiterait l’effet amplificateur.
« Tant que l’atome de recul reste dans le condensat, il peut rendre le condensat superradiant », a déclaré le professeur Ketterle.
« Mais lorsqu’un neutrino est émis à un million d’électronvolts, l’atome recule à des vitesses équivalentes à Mach 10, plus rapides qu’un avion de combat. C’est si rapide que l’atome disparaîtrait presque instantanément. »
Même dans un scénario idéal où une empreinte pourrait se former, les chercheurs ont découvert qu’elle fonctionnerait à rebours : plutôt que de dire au condensat d’émettre le prochain neutrino dans la même direction, il signalerait le contraire, empêchant ainsi tout faisceau de se former.
Ils attribuent cette anti-corrélation au fait que les neutrinos sont des fermions – une classe de particules, comprenant des électrons, qui se comporte fondamentalement différemment des photons qui rendent possibles les lasers superradiants ordinaires.
« Ces deux articles sont en quelque sorte un coup de poing et un coup de poing deux », a déclaré le professeur Ketterle.
« Chaque journal aurait tué la proposition. »
« Lorsqu’une nouvelle idée – telle que celle que nous avons proposée – est partagée, il est du devoir de la communauté de l’examiner attentivement », a déclaré le professeur Formaggio.
« Tel est le processus scientifique. En effet, c’était formidable de voir comment notre article a généré beaucoup de réflexions en dehors de notre concept original. Nous pensons que cela va continuer. »
