每秒鐘，數兆顆神秘的粒子稱為中微子穿過人類的身體，悄無聲息地從原子之間滑過。中微子比電子還要小，質量也比光子輕，是宇宙中最豐富的有質量粒子，然而它們的特性仍然是物理學中最大的謎題之一。麻省理工學院的物理學家們提出了一個大膽的新方法來探測這些難以捉摸的粒子：建造世界首個中微子激光器。與大型反應堆或粒子加速器不同，這種設置可以放置在桌面上進行實驗。
在一項研究中，團隊描述了如何將放射性原子氣體冷卻至比深空還要低的溫度，以使它們的放射性衰變同步。在這種量子狀態下，原子將釋放出超強的中微子脈衝，類似於傳統激光束中光子的放大。德克薩斯州阿靈頓大學的物理學副教授兼該研究的共同作者本·瓊斯表示：「在我們的中微子激光概念中，中微子的發射速度將遠快於它們通常的發射速率，就像激光快速發射光子一樣。」
一般來說，放射性原子的衰變速度較慢。例如，銫-83的半衰期為82天，這意味著一半的原子在近三個月內釋放中微子。然而，研究人員計算出如果將一百萬個銫-83原子冷卻至玻色－愛因斯坦凝聚態，即原子如同一個整體行為的量子狀態，則同步衰變可以在幾分鐘內發生，從而產生快速且一致的中微子流。
麻省理工學院的物理學教授及共同作者約瑟夫·福馬喬表示：「這是一種加速放射性衰變和中微子產生的新穎方法，據我所知，這從未被實現過。」這一理念借鑒了著名的光學效應——超輻射，當原子同步發射光時，會放大發射量。團隊發現，將相同的物理原理應用於放射性原子，可能會導致中微子的放大脈衝。
如果這一計畫成功，中微子激光器將開啟意想不到的可能性。其中一種應用是通信：由於中微子幾乎不與物質相互作用，這意味著其光束可以直接穿過地球，抵達地下站或甚至深空棲息地，而不會受到干擾。另一個潛在的應用是醫學。除了中微子外，放射性衰變還產生的同位素可能增強癌症診斷和成像技術。本·瓊斯表示：「只需將這些放射性材料蒸發，利用激光捕捉，然後冷卻，最終轉化為玻色－愛因斯坦凝聚態，這樣就應該能自發啟動超輻射。」
建造這樣的設備並不簡單。從放射性原子中創造凝聚態從未實現過，實驗需要極高的精確度和嚴格的安全措施。儘管如此，研究人員仍對小規模實驗的可行性抱有樂觀態度。福馬喬表示：「如果我們能在實驗室中證明這一點，那麼人們可以思考：我們能否將其用作中微子檢測器？或者是一種新型通信方式？」這將是實驗真正開始發揮作用的時刻。該研究已發表於《物理評論快報》中，並由麻省理工學院新聞報導。
