Les atomes radioactifs super refroidissent pourraient produire un faisceau de neutrinos en forme de laser, selon un duo de physiciens du MIT et de l’Université du Texas à Arlington. Par exemple, les auteurs ont calculé qu’un tel laser neutrinos pouvait être réalisé en piégeant 1 million d’atomes de Rubidium-83. Normalement, les atomes radioactifs ont une demi-vie d’environ 82 jours, ce qui signifie que la moitié des atomes se décomposent, éliminant un nombre équivalent de neutrinos, tous les 82 jours. Ils montrent qu’en refroidissant le Rubidium-83 à un état quantique cohérent, les atomes devraient subir une décroissance radioactive en quelques minutes.
«Dans notre concept pour un laser à neutrinos, les neutrinos seraient émis à un rythme beaucoup plus rapide qu’ils ne le feraient normalement, un peu comme un laser émet des photons très rapidement», a déclaré le Dr Ben Jones, chercheur à l’Université du Texas à Arlington.
« Il s’agit d’un nouveau moyen d’accélérer la décroissance radioactive et la production de neutrinos, ce qui, à ma connaissance, n’a jamais été fait », a ajouté le professeur du MIT Joseph Formaggio.
Il y a plusieurs années, le professeur Formaggio et le Dr Jones considéraient séparément une nouvelle possibilité: que se passe-t-il si un processus naturel de production de neutrinos pouvait être amélioré grâce à la cohérence quantique?
Les explorations initiales ont révélé des barrages routiers fondamentaux en réalisant cela.
Des années plus tard, tout en discutant des propriétés de Ultracold Tritium, ils ont demandé: la production de neutrinos pourrait-elle être améliorée si des atomes radioactifs tels que le tritium pouvaient être rendus si froids qu’ils pourraient être amenés dans un état quantique connu sous le nom de Bose-Einstein?
Ils se demandaient également, si des atomes radioactifs pouvaient être transformés en un condensat de Bose-Einstein, cela améliorerait-il la production de neutrinos d’une manière ou d’une autre? En essayant de déterminer les calculs mécaniques quantiques, ils ont initialement constaté qu’aucun effet de ce type n’était probable.
« Il s’est avéré être un hareng rouge – nous ne pouvons pas accélérer le processus de désintégration radioactive et de production de neutrinos, simplement en faisant un condensat de Bose-Einstein », a déclaré le professeur Foraggio.
Plusieurs années plus tard, le Dr Jones a revisité l’idée, avec un ingrédient supplémentaire: la superradiance – un phénomène d’optique quantique qui se produit lorsqu’une collection d’atomes électroluminescentes est stimulée pour se comporter en synchronisation.
Dans cette phase cohérente, il est prévu que les atomes devraient émettre une explosion de photons qui est superradiant, ou plus rayonnant que lorsque les atomes sont normalement hors synchronisés.
Les physiciens ont proposé qu’un effet superradiant similaire soit peut-être possible dans un condensat radioactif de Bose-Einstein, ce qui pourrait alors entraîner une explosion similaire de neutrinos.
Ils se sont rendus à la planche à dessin pour élaborer les équations de mécanique quantique régissant comment les atomes émettants de la lumière se transforment d’un état de départ cohérent dans un état superradiant.
Ils ont utilisé les mêmes équations pour déterminer les atomes radioactifs dans un état de condensat cohérent de Bose-Einstein.
« Le résultat est: vous obtenez beaucoup plus de photons plus rapidement, et lorsque vous appliquez les mêmes règles à quelque chose qui vous donne des neutrinos, cela vous donnera plus rapidement plus de neutrinos », a déclaré le professeur Formaggio.
« C’est à ce moment que les pièces ont cliqué ensemble, cette superradiance dans un condensat radioactif pourrait permettre à cette émission accélérée de neutrinos en forme de laser. »
Pour tester leur concept en théorie, les chercheurs ont calculé comment les neutrinos seraient produits à partir d’un nuage de 1 million d’atomes de Rubidium-83 sur co-refroidisse.
Ils ont constaté que, dans l’état cohérent du condensat de Bose-Einstein, les atomes se sont décomposés radioactivement à un rythme d’accélération, libérant un faisceau de neutrinos en forme de laser en quelques minutes.
Maintenant qu’ils ont montré en théorie qu’un laser à neutrinos est possible, ils prévoient de tester l’idée avec une petite configuration de table.
« Il devrait être suffisant pour prendre ce matériau radioactif, le vaporiser, le piéger avec des lasers, le refroidir, puis le transformer en condensat Bose-Einstein », a déclaré le Dr. Dit Jones.
La paire reconnaît qu’une telle expérience nécessitera un certain nombre de précautions et une manipulation minutieuse.
« S’il s’avère que nous pouvons le montrer en laboratoire, alors les gens peuvent penser: pouvons-nous l’utiliser comme détecteur de neutrinos? Ou comme une nouvelle forme de communication? C’est à ce moment-là que le plaisir commence vraiment », a déclaré le professeur Foraggio.
