Нейтрино способны беспрепятственно проникать сквозь планеты, звёздные тела и даже человеческое тело, практически не взаимодействуя с материей. Эти элементарные частицы обладают различными типами, способны к преобразованию из одного вида в другой, и, возможно, являются собственными античастицами. К их необычным характеристикам теперь добавился ещё один значительный вывод: концепция создания «нейтринного лазера», предложенная в 2025 году, оказалась принципиально нереализуемой.

Предложение о создании подобного устройства принадлежит профессору Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджо (Joe Formaggio) и Бену Джонсу (Ben Jones), который на момент разработки идеи был доцентом Техасского университета в Арлингтоне, а ныне работает в Манчестерском университете. Они высказали предположение о возможности охлаждения облака радиоактивных атомов до температур, измеряемых миллиардными долями кельвина. В таких условиях атомы формируют бозе-эйнштейновский конденсат (BEC), функционирующий как единая квантовая система. Авторы инициативы надеялись, что это позволит ускорить процесс радиоактивного распада и сфокусировать испускаемые нейтрино в узкий пучок, подобно работе лазера.

В основе данной идеи лежит явление сверхизлучения – квантовый эффект, характеризующийся согласованным поведением атомов, многократно усиливающим излучение в одном направлении. Для фотонов этот эффект был успешно зафиксирован экспериментально в бозе-эйнштейновских конденсатах. Формаджо и Джонс выдвинули гипотезу о возможности применения аналогичного механизма к радиоактивному распаду. В качестве примера они рассматривали радиоактивный рубидий: по их расчётам, охлаждение до состояния BEC могло бы сократить период его полураспада с 86 дней до всего лишь одной минуты. Однако на сегодняшний день создание бозе-эйнштейновского конденсата из радиоактивных атомов не представляется возможным.

Критическую оценку идеи провел Вольфганг Кеттерле (Wolfgang Ketterle), нобелевский лауреат, профессор физики MIT и один из пионеров в области бозе-эйнштейновских конденсатов. В двух публикациях в журнале Physical Review Letters он совместно с коллегами продемонстрировал наличие проблемы на двух различных уровнях.

Начальным фактором является отдача атома. Энергия видимого фотона составляет приблизительно один электронвольт, в то время как нейтрино при радиоактивном распаде обладает энергией порядка одного миллиона электронвольт. Вследствие этого, после испускания нейтрино атом получает значительный импульс, приводящий к тому, что его скорость достигает примерно десяти Махов – то есть превышает скорость звука в десять раз. Таким образом, атом практически незамедлительно покидает конденсат. Исследования, проведенные Кеттерле, продемонстрировали, что за этот период времени не успевает сформироваться необходимая квантовая корреляция в BEC – своего рода «запоминание» предыдущего испускания, которое могло бы побудить остальные атомы повторять его в том же направлении.

Тем не менее, даже если абстрагироваться от проблемы с отдачей, существует вторая сложность. Нейтрино являются фермионами, тогда как фотоны, для которых характерно сверхизлучение, относятся к бозонам. Фермионы характеризуются полуцелым спином, в то время как бозоны – целым, и это различие определяет их квантовое поведение. Анализ показал, что квантовый отпечаток испущенного нейтрино, будучи фермионом, не создавал бы «память о направлении» излучения, а формировал бы противоположную корреляцию: конденсат получал бы указание не испускать следующее нейтрино в том же направлении. Вместо усиления пучка это препятствовало бы его возникновению.

«Каждая из представленных работ опровергла бы данное предложение», — подчеркнул Кеттерле. Формаджо охарактеризовал полученный результат как убедительную и конструктивную проверку первоначальной идеи. Он отметил, что при появлении новой гипотезы научное сообщество должно проводить её тщательный анализ. Сам Кеттерле признаёт важность неожиданных результатов и новых идей для понимания природы, однако в случае с нейтринным лазером изначальное предположение оказалось слишком оптимистичным.