麻省理工物理学家提出首个“中微子激光”概念

麻省理工学院的物理学家提出了一种“中微子激光”，这是一种量子驱动的中微子爆发，可以彻底改变通信和医疗技术。

将放射性原子超冷至极端低温，可能创造出一种类似激光的中微子束。这或许能为研究中微子这种难以捉摸的粒子开辟一条新途径，甚至可能催生新型通信方式。

每一瞬间，都有海量的中微子穿过我们的身体和周围的物体而不留痕迹。这些幽灵般的粒子比电子更小，比光子更轻，是宇宙中数量最庞大的有质量粒子。

中微子的确切质量至今未知。因为它们极其微小且极少与物质相互作用，测量它们异常困难。为了探测中微子，科学家们使用核反应堆和大型粒子加速器来制造不稳定的原子，这些原子会衰变成若干副产品，其中包括中微子。这些设施产生的中微子束可供研究人员研究其质量等性质。

如今，MIT的物理学家提出了一种更紧凑、更高效的产生中微子的方法，该方法甚至可以在实验桌面上进行。

在一篇发表于《物理评论快报》的论文中，物理学家们提出了“中微子激光”的概念——通过将放射性原子气体激光冷却到比星际空间更低的温度，可能产生中微子爆发。研究团队预测，在如此极寒的温度下，这些原子应表现为一个单一的量子实体，并同步发生放射性衰变。

放射性原子的衰变自然会释放中微子，物理学家们认为，在相干的量子态下，这种衰变以及中微子的产生过程都应会加速。这种量子效应应能产生一个放大了的中微子束，大致类似于光子被放大以产生传统激光的方式。

该研究的合著者、德克萨斯大学阿灵顿分校物理学副教授Ben Jones, 2015届博士说：“在我们的中微子激光概念中，中微子的发射速率将比正常情况下快得多，有点像激光非常快速地发射光子。”

例如，该团队计算出，这样的中微子激光可以通过捕获100万个铷-83原子来实现。通常，这种放射性原子的半衰期约为82天，意味着每82天会有一半原子衰变，并释放出相应数量的中微子。物理学家们证明，通过将铷-83冷却到相干的量子态，原子衰变过程应仅在几分钟内即可完成。

合著者、MIT物理学教授Joseph Formaggio说：“这是一种加速放射性衰变和中微子产生的新颖方法，据我所知，以前从未实现过。”

该团队希望建造一个小型桌面演示装置来测试他们的想法。如果成功，他们设想中微子激光可以作为一种新的通信形式，使这些粒子能够直接穿过地球传输到地下站点和栖息地。中微子激光也可能成为放射性同位素的高效来源，这些同位素与中微子一样是放射性衰变的副产品。此类放射性同位素可用于增强医学成像和癌症诊断。