L'équipe de Ketterle : un « laser à neutrinos » basé sur un nuage d'atomes intriqués quantiquement est théoriquement irréalisable

Le lauréat du prix Nobel Wolfgang Ketterle et son équipe ont soumis à un examen théorique le concept d'un « laser à neutrinos », concluant que ce projet est fondamentalement difficile à réaliser. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans Physical Review Letters.

Ce concept avait été proposé précédemment par des physiciens américains, dont l'idée centrale consistait à utiliser un nuage d'atomes de rubidium-87 ou d'autres isotopes instables, en les plaçant dans un état quantique spécifique, afin de produire un faisceau de neutrinos à forte directivité. Selon ce concept, si une source de neutrinos analogue à un laser pouvait être réalisée, elle permettrait d'accélérer la mesure de la masse des neutrinos et de favoriser l'étude observationnelle des phénomènes de conversion entre différents types de neutrinos.

L'équipe de Ketterle s'est principalement penchée sur la question de savoir si un grand nombre d'atomes pourrait émettre des neutrinos et d'autres fermions de manière coopérative, à l'instar de la libération synchrone des photons dans un laser conventionnel. Les chercheurs ont établi un modèle de calcul simplifié d'un nuage d'atomes, intégrant dans les calculs les interactions quantiques potentielles entre les atomes ainsi que les propriétés des neutrinos et d'autres particules fermioniques.

Les résultats des calculs montrent que le concept initial de « laser à neutrinos » ne prenait pas suffisamment en compte l'influence des états excités collectifs des fermions, et que ce comportement collectif entraverait la formation de nouveaux neutrinos. En d'autres termes, même si les atomes radioactifs se trouvent dans un système quantique analogue à un condensat de Bose-Einstein, ils ne peuvent pas produire une émission amplifiée synchrone comparable à celle d'un laser à photons.

Les chercheurs soulignent que, dans ces conditions, chaque atome en désintégration ne peut libérer qu'un seul neutrino, sans pouvoir déclencher la « réaction en chaîne » envisagée, et donc sans produire d'impulsion synchrone de neutrinos à partir du nuage d'atomes. L'équipe de Ketterle en conclut que le projet de fabrication d'un laser à neutrinos basé sur un nuage d'atomes intriqués quantiquement ne repose pas sur des fondements théoriques valables, ce qui remet également en question la possibilité d'utiliser un tel dispositif pour étudier les propriétés des neutrinos.