Laser νετρίνων: Το φιλόδοξο σχέδιο που μοιάζει βγαλμένο από την επιστημονική φαντασία

Μπορεί να ακούγεται σαν σενάριο βγαλμένο από ταινία επιστημονικής φαντασίας, όμως φυσικοί από το MIT και το University of Texas at Arlington παρουσίασαν πρόσφατα μια θεωρητική πρόταση που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο μελετούμε το Σύμπαν. Ο λόγος για την ιδέα ενός «laser νετρίνων», μιας συσκευής που θα έδινε τη δυνατότητα να συγκεντρωθούν τα πιο αινιγματικά σωματίδια της φύσης σε μια κατευθυνόμενη δέσμη, επιτρέποντας την πιο άμεση και αξιόπιστη ανάλυσή τους.

Τα νετρίνα, γνωστά και ως «σωματίδια-φαντάσματα», είναι τα πιο άφθονα σωματίδια με μάζα που υπάρχουν στο Σύμπαν. Τρισεκατομμύρια από αυτά περνούν μέσα από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο. Ωστόσο, η αλληλεπίδρασή τους με την ύλη είναι τόσο σπάνια που παραμένουν σχεδόν αδύνατο να εντοπιστούν και να μελετηθούν σε βάθος. Αυτός ο συνδυασμός αφθονίας και απροσέγγιστης φύσης τα καθιστά έναν από τους μεγαλύτερους γρίφους της σύγχρονης φυσικής.

Η πρόταση των ερευνητών είναι τολμηρή: να δημιουργηθεί ένα περιβάλλον στο οποίο τα νετρίνα δεν θα εκπέμπονται τυχαία, αλλά συγχρονισμένα, σχηματίζοντας μια δέσμη. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει πρώτα να χρησιμοποιηθεί ραδιενεργό ρουβίδιο-83. Τα άτομα αυτού του στοιχείου παράγουν νετρίνα κατά τη διαδικασία της διάσπασης. Υπό κανονικές συνθήκες, η διάσπαση αυτή συμβαίνει απρόβλεπτα, με αποτέλεσμα τα νετρίνα να εκτοξεύονται προς όλες τις κατευθύνσεις.

Η καινοτομία έγκειται στο ότι οι φυσικοί προτείνουν να ψύξουν ένα νέφος ρουβιδίου-83 σε θερμοκρασία χαμηλότερη από εκείνη του διαστρικού χώρου. Σε αυτές τις ακραίες συνθήκες, τα άτομα θα συμπεριφερθούν ως ενιαία κβαντική οντότητα, σχηματίζοντας μια κατάσταση γνωστή ως συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC). Στην κατάσταση αυτή, οι ατομικές ιδιότητες συγχρονίζονται και κατά συνέπεια και οι διασπάσεις τους, οδηγώντας σε μια δέσμη νετρίνων που θα μοιάζει με το αποτέλεσμα ενός συμβατικού laser φωτονίων.

Αν η θεωρία αποδειχθεί εφικτή, η παραγόμενη δέσμη νετρίνων θα μπορούσε να επιτευχθεί μέσα σε λίγα λεπτά από την επίτευξη της κατάλληλης θερμοκρασίας. Θα ήταν μια επαναστατική εξέλιξη, αφού μέχρι σήμερα οι επιστήμονες βασίζονται σε γιγάντιες πειραματικές διατάξεις με δεξαμενές γεμάτες νερό ή πάγο, τοποθετημένες σε απομονωμένα περιβάλλοντα, περιμένοντας υπομονετικά τη σπάνια στιγμή που ένα νετρίνο θα συγκρουστεί με έναν πυρήνα. Μια συγκεντρωμένη δέσμη θα έκανε το έργο τους πολύ πιο αποδοτικό.

Η σημασία μιας τέτοιας ανακάλυψης θα ήταν τεράστια. Η καλύτερη κατανόηση των νετρίνων θα μπορούσε να φωτίσει μερικά από τα πιο θεμελιώδη μυστήρια της Φυσικής: από τη φύση της Σκοτεινής Ύλης έως τον λόγο που η αντιύλη δεν εξαφάνισε την ύλη στα πρώτα στάδια του Σύμπαντος. Επιπλέον, η ιδιότητα των νετρίνων να διαπερνούν σχεδόν τα πάντα χωρίς να αλληλεπιδρούν θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για νέες μορφές επικοινωνίας, ικανές να μεταδίδουν σήματα ακόμη και μέσα από στερεά αντικείμενα ή υπόγεια περιβάλλοντα.

Φυσικά, όλα αυτά βρίσκονται ακόμα στο στάδιο της θεωρίας. Η πρόκληση είναι πρώτα να διαπιστωθεί αν ένα τέτοιο «laser νετρίνων» μπορεί πράγματι να κατασκευαστεί σε εργαστηριακές συνθήκες. Όπως εξηγεί ο Joseph Formaggio, φυσικός του MIT, αν η αρχική ιδέα αποδειχθεί εφικτή, τότε θα ανοίξει ένα τεράστιο πεδίο εφαρμογών.

Εάν μπορέσουμε να το δείξουμε στο εργαστήριο, τότε μπορούμε να αρχίσουμε να σκεφτόμαστε: μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε ως ανιχνευτή νετρίνων ή ως νέα μορφή επικοινωνίας; Εκεί είναι που ξεκινάει η πραγματική διασκέδαση.

Το σχέδιο για ένα laser νετρίνων μπορεί να βρίσκεται ακόμη στα χαρτιά, όμως η συζήτηση που έχει ήδη προκαλέσει δείχνει τη δυναμική του. Η πιθανότητα να συγκεντρωθεί και να ελεγχθεί η συμπεριφορά των «σωματιδίων-φαντασμάτων» θα μπορούσε να φέρει την επιστήμη ένα βήμα πιο κοντά στην απάντηση ερωτημάτων που απασχολούν τους φυσικούς εδώ και δεκαετίες.

[via]