Atom radioaktif super lebih dingin dapat membuat sinar neutrino seperti laser, memiliki potensi untuk membuka jalur baru untuk mempelajari partikel -partikel sulit ini dan bahkan memungkinkan bentuk komunikasi baru.
Setiap instan, neutrino melewati tubuh dan benda -benda kita di sekitar kita tanpa meninggalkan jejak. Lebih kecil dari elektron dan lebih ringan dari foton, partikel seperti hantu adalah partikel terbesar di alam semesta.
Massa neutrino yang tepat masih belum diketahui. Karena mereka sangat kecil dan jarang berinteraksi dengan material, mengukurnya sangat menantang. Untuk menyelidiki hal ini, para ilmuwan menggunakan reaktor nuklir dan akselerator partikel besar untuk membuat atom yang tidak stabil yang membusuk menjadi beberapa produk, termasuk neutrino. Fasilitas ini menghasilkan balok neutrino yang dapat dipelajari para peneliti untuk sifat -sifat seperti massa.
DENGAN Fisikawan sekarang menggambarkan pendekatan yang jauh lebih ringkas dan efisien untuk menghasilkan neutrino yang dapat dilakukan di atas meja.
Di koran yang muncul di Surat Ulasan FisikPara fisikawan memperkenalkan konsep “laser neutrino”-ledakan neutrino yang dapat diproduksi oleh atom radioaktif gas pendingin laser ke pendingin suhu daripada ruang antar bintang. Pada suhu dingin seperti itu, tim memperkirakan bahwa atom harus berperilaku sebagai salah satu entitas kuantum, dan peluruhan radioaktif yang sinkron.
Atom radioaktif yang membusuk secara alami melepaskan neutrino, dan fisikawan mengatakan bahwa dalam keadaan kuantum yang koheren harus mempercepat, bersama dengan produksi neutrino. Efek kuantum ini harus menghasilkan sinar neutrino yang berantakan, secara luas mirip dengan bagaimana foton diperkuat untuk menghasilkan cahaya laser konvensional.
“Dalam konsep kami untuk laser neutrino, neutrino akan dipancarkan pada tingkat yang jauh lebih cepat dari biasanya, seperti laser memancarkan foton dengan sangat cepat,” kata kolega penulis studi Ben Jones PhD '15, seorang profesor fisika di University of Texas di Arlington.
Misalnya, tim menghitung bahwa laser neutrino tersebut dapat direalisasikan dengan menjebak 1 juta atom Rubidium-83. Biasanya, atom radioaktif memiliki setengah kehidupan sekitar 82 hari, yang berarti bahwa setengah dari atom peluruhan, menumpahkan jumlah neutrino yang setara, setiap 82 hari. Fisikawan menunjukkan bahwa, dengan mendinginkan rubidium-83 ke keadaan kuantum yang koheren, atom harus mengalami peluruhan radioaktif hanya dalam beberapa menit.
“Ini adalah cara baru untuk mempercepat pembusukan radioaktif dan produksi neutrino, yang menurut saya, belum pernah dilakukan,” kata kolega penulis Joseph Formaggio, Profesor Fisika di MIT.
Tim berharap untuk membangun demonstrasi meja kecil untuk menguji ide -ide mereka. Jika berhasil, mereka membayangkan laser neutrino dapat digunakan sebagai bentuk komunikasi baru, dengan mana partikel dapat dikirim langsung melalui bumi ke stasiun dan habitat bawah tanah. Laser Neutrino juga dapat menjadi sumber radioisotop yang efisien, yang, bersama dengan neutrino, adalah produk samping dari peluruhan radioaktif. Radioisotop seperti itu dapat digunakan untuk meningkatkan pencitraan medis dan diagnostik kanker.
Kondensat yang koheren
Untuk masing -masing atom Di alam semesta, ada sekitar satu miliar neutrino. Sebagian besar partikel yang tidak terlihat ini mungkin telah terbentuk pada pertama kalinya Big BangDan mereka bertahan hidup dalam apa fisikawan disebut sebagai “latar belakang neutrino kosmik.” Neutrino juga diproduksi setiap kali nukleus atom bersatu atau pecah, seperti dalam reaksi fusi di inti matahari, dan dalam peluruhan normal bahan radioaktif.
Beberapa tahun yang lalu, Formaggio dan Jones secara terpisah dianggap sebagai kemungkinan baru: bagaimana jika proses alami produksi neutrino dapat ditingkatkan melalui koherensi kuantum? Eksplorasi awal mengungkapkan hambatan mendasar dalam mewujudkan hal ini. Bertahun-tahun kemudian, ketika membahas sifat-sifat tritium ultracold (isotop hidrogen yang tidak stabil yang mengalami peluruhan radioaktif) yang mereka tanyakan: dapatkah produksi neutrino ditingkatkan jika atom radioaktif seperti tritium dapat dibuat begitu dingin sehingga dapat dibawa ke keadaan kuantum yang dikenal sebagai bosestina kondensasi?
Kondensat Bose-Estein, atau Bec, adalah keadaan bahan yang terbentuk ketika gas partikel tertentu didinginkan untuk ditutup Nol absolut. Pada titik ini, partikel diturunkan ke tingkat energi terendah dan berhenti bergerak sebagai individu. Dalam pembekuan ini, partikel dapat mulai “merasakan” efek kuantum satu sama lain, dan dapat bertindak sebagai entitas yang koheren -fase unik yang dapat menghasilkan fisika eksotis.
BEC telah direalisasikan dalam sejumlah atom jenis. (Salah satu contoh pertama adalah dengan atom natrium, oleh MIT Wolfgang Ketterle, yang berbagi hadiah Hadiah Nobel 2001 untuk hasilnya.) Namun, tidak ada yang membuat BEC dari atom radioaktif. Untuk melakukan ini akan sangat menantang, karena sebagian besar radioisotop memiliki waktu setengah pendek dan akan membusuk sepenuhnya sebelum mereka dapat didinginkan cukup untuk membentuk BEC.
Namun, Formaggio bertanya -tanya, apakah atom radioaktif dapat dibuat menjadi BEC, apakah ini akan meningkatkan produksi neutrino dalam beberapa cara? Dalam mencoba menyelesaikan perhitungan mekanik kuantum, ia awalnya menemukan bahwa tidak ada efek seperti itu.
“Ternyata herring adalah hari merah tidak dapat mempercepat proses pembusukan radioaktif, dan produksi neutrino, hanya dengan membuat kondensat Bose-Einstein,” kata Formaggio.
Sinkron dengan optik
Beberapa tahun kemudian, Jones meninjau ide itu, dengan bahan tambahan: fenomena optik superradiance-fitnum yang terjadi ketika kumpulan atom transmisi cahaya dirangsang untuk berperilaku dalam sinkronisasi. Dalam fase koheren ini, diperkirakan bahwa atom harus memancarkan “superiadit,” atau lebih banyak ledakan foton yang bersinar daripada ketika atom biasanya tidak sinkron.
Jones mengusulkan untuk formaggio bahwa efek superiadit yang serupa dimungkinkan dalam kondensat radioaktif Bose-Einstein, yang kemudian dapat menghasilkan ledakan neutrino yang serupa. Fisikawan pergi ke papan gambar untuk mengerjakan persamaan mekanik kuantum yang mengatur bagaimana atom yang memancarkan perubahan cahaya dari keadaan awal yang koheren ke keadaan superradiant. Mereka menggunakan persamaan yang sama untuk mengetahui apa yang akan dilakukan atom radioaktif dalam keadaan BEC yang koheren.
“Hasilnya adalah: Anda mendapatkan lebih banyak foton lebih cepat, dan ketika Anda menerapkan aturan yang sama untuk sesuatu yang memberi Anda neutrino, itu akan memberi Anda banyak neutrino lebih cepat,” Formaggio menjelaskan. “Saat itulah potongan -potongan itu diklik bersama, superradiance dalam kondensat radioaktif dapat memungkinkan emisi neutrino seperti laser yang dipercepat ini.”
Untuk menguji konsep mereka secara teori, tim menghitung bagaimana neutrino akan diproduksi dari awan 1 juta atom rubidium-83 yang didinginkan super. Mereka menemukan bahwa, dalam keadaan BEC yang koheren, atom radioaktif membusuk pada tingkat yang lebih cepat, melepaskan balok neutrino seperti laser dalam beberapa menit.
Sekarang fisikawan telah menunjukkan teori bahwa laser neutrino dimungkinkan, mereka berencana untuk menguji ide dengan mengatur tabel kecil.
“Seharusnya cukup untuk mengambil bahan radioaktif ini, menguap, patah dengan laser, mendinginkannya, dan kemudian mengubahnya menjadi kondensat Bose-Einstein,” kata Jones. “Maka itu harus mulai melakukan superradiance ini secara spontan.”
Pasangan itu mengakui bahwa eksperimen semacam itu akan membutuhkan sejumlah tindakan pencegahan dan manipulasi yang cermat.
“Jika ternyata kita bisa menunjukkannya di lab, maka orang dapat berpikir: Bisakah kita menggunakan ini sebagai detektor neutrino? Atau bentuk komunikasi baru?” Formaggio berkata. “Saat itulah kesenangan benar -benar dimulai.”
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
