中微子是遍布宇宙的几乎无质量粒子,每秒穿过地球和人体数万亿次,因与常规物质相互作用极弱而被称为“幽灵”。自1956年发现以来,它们展示了多种“味道”并能相互转化,甚至可能是自己的反粒子,使得探测极其困难。
去年,有研究提出通过把放射性原子冷却到纳开尔文温度形成玻色-爱因斯坦凝聚(BEC),利用“超辐射”效应产生中微子激光。设想在BEC中原子同步衰变,使中微子束被放大。
MIT物理学家Ketterle团队在《Physical Review Letters》两篇论文中指出该设想不可行。首先,衰变释放的中微子能量约为$\text{MeV}$,比可见光子高出约一百万倍,导致原子在发射时产生极大动能反冲,速度相当于Mach 10,几乎瞬间离开凝聚体,无法在凝聚体中留下相干记忆,从而无法实现超辐射放大。
其次,即使原子能够留下记忆,记忆的性质也与费米子本质有关。中微子是费米子,费米子在超辐射过程中会产生“反记忆”,即已发射的中微子会使凝聚体倾向于在其他方向发射,阻止方向性束的形成。该反相关源自费米子半整数自旋的量子统计。
研究表明,基于当前的物理原理,既不存在足够慢的原子反冲,也没有能够在费米子发射中建立正向相干的机制,因此中微子激光以及类似的γ射线激光概念都被否定。作者强调,科学的进步依赖于对新想法的严格审视。
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