#superradianza

Laser di neutrini con la superradianza quantistica, da una nuvola di atomi di Rubidio-83 a temperatura vicina allo zero assoluto. Arriva da due fisici statunitensi l’idea di un dispositivo teoricamente in grado di emettere fasci di neutrini intensi e collimati: un “laser”, insomma, con i neutrini al posto dei fotoni. Il sistema, descritto su Physical Review Letters, si basa su un condensato di Bose-Einstein di atomi radioattivi, e se si dimostrerà in grado di funzionare potrebbe avere numerose applicazioni

Un “laser” di neutrini? Teoricamente, si può fare. Ad affermarlo, e a spiegare in dettaglio come realizzarlo, è un articolo pubblicato la settimana scorsa su Physical Review Letters da due fisici statunitensi, Ben Jones dell’Università del Texas e Joseph Formaggio del Mit, il Massachusetts Institute of Technology. Materiale necessario: un condensato di Bose-Einstein formato da una nuvola di atomi instabili raffreddati a un valore prossimo allo zero assoluto e in uno stato quantistico coerente, così da innescare un fenomeno detto superradianza.

«Dovrebbe essere sufficiente prendere questo materiale radioattivo, vaporizzarlo, intrappolarlo con dei laser, raffreddarlo e poi trasformarlo in un condensato di Bose-Einstein», spiega Jones. «A quel punto dovrebbe iniziare a produrre spontaneamente questa superradianza».

Nel pannello in alto: ad alte temperature, gli atomi di rubidio decadono radioattivamente attraverso la cattura di elettroni, rilasciando neutrini in modo incoerente. In basso: a temperature sufficientemente basse, gli atomi formano un condensato di Bose-Einstein che potrebbe agire come un “laser di neutrini”, emettendo un fascio di neutrini luminoso, coerente e collimato. Crediti: Aps/Alan Stonebraker

Quale materiale? Jones e Formaggio propongono di usare una nuvola formata da circa un milione di atomi di rubidio-83. Il rubidio-83 è un isotopo radioattivo del rubidio con un tempo di dimezzamento di 86,2 giorni. Vale a dire che, in condizioni normali, la metà degli atomi decade – per cattura elettronica – in altrettanti atomi di krypton-83 ogni 86,2 giorni, emettendo un neutrino per ogni decadimento. Questo in condizioni normali, appunto. Nello stato di coerenza quantistica che avrebbe invece il condensato di Bose-Einstein, la nuvola di atomi finirebbe per comportarsi come un’unica entità quantistica, perdendo le identità individuali. Dunque, almeno in teoria, gli atomi che la formano dovrebbero decadere in modo sincrono e nell’arco di pochi minuti: insieme, insomma, o comunque circa centomila volte più rapidamente di quanto avverrebbe in condizioni normali. Generando un fascio di neutrini – un burst – concentrato, coerente e collimato: l’analogo a neutrini di quello che è un impulso laser per i fotoni, e in particolare un laser superradiante.

Cosa ci si potrebbe fare, con un fascio di particelle del genere? Anzitutto va ricordato che i neutrini non sono certo merce rara, tutt’altro. Più piccoli degli elettroni e meno interagenti dei fotoni, fra le particelle con massa i neutrini sono quelle più abbondanti nell’universo: in ogni istante il nostro corpo è attraversato da migliaia di miliardi di neutrini. E non mancano quelli prodotti artificialmente: dal Cern, per esempio, ne venivano prodotti e sparati – non a velocità superiore a quella della luce, però, e nemmeno lungo un tunnel, nonostante alcune dichiarazioni dell’epoca  – verso l’esperimento Opera, sotto al Gran Sasso.

Il sistema proposto da Jones e Formaggio promette però, se realizzabile, di essere quantomeno molto più compatto ed economico di un acceleratore o un reattore nucleare: un generatore “da tavolo”, che potrebbe essere utilizzato per nuovi sistemi di comunicazione, suggeriscono gli autori dello studio, o come fonte di radioisotopi – prodotti nel decadimento insieme ai neutrini – per l’imaging in campo medico.

Per saperne di più: Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Superradiant Neutrino Lasers from Radioactive Condensates”, di B. J. P. Jones e J. A. Formaggio

Guarda il video in italiano di Marco Casolino