Une étude indique que le laser à neutrinos est irréalisable en raison des limites imposées par les mécanismes physiques

Le 2 septembre, des physiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont publié deux articles dans Physical Review Letters analysant le concept de “laser à neutrinos” proposé précédemment. L'étude conclut qu'en raison de l'effet de recul atomique et de la nature fermionique des neutrinos, le schéma visant à produire un faisceau de neutrinos de type laser à partir d'un nuage d'atomes radioactifs est physiquement difficile à réaliser.

Les neutrinos sont une classe de particules élémentaires de masse extrêmement faible et interagissant très faiblement avec la matière ordinaire. Des recherches antérieures avaient envisagé de refroidir un nuage d'atomes radioactifs à l'échelle du nanokelvin pour former un condensat de Bose-Einstein. Selon ce schéma, les atomes dans un état de cohérence quantique pourraient se désintégrer de manière synchrone et, grâce à un effet d'amplification quantique analogue à la “superradiance”, produire un faisceau de neutrinos à forte directivité. Le schéma correspondant avait également été envisagé avec des atomes de rubidium radioactif, dont la demi-vie pourrait passer de 86 jours à 1 minute.

L'analyse menée par Wolfgang Ketterle, professeur de physique John D. MacArthur au MIT, ainsi que les postdoctorants Lin Hanzhen et Lu Yukun, montre que ce schéma se heurte à des obstacles fondamentaux. L'étude indique que l'énergie transportée par les neutrinos lors de la désintégration radioactive est bien supérieure à celle des photons de lumière visible, et que leur émission provoque un fort recul des atomes après désintégration. Les atomes de recul quittent le condensat à très grande vitesse, sans pouvoir conserver suffisamment de “mémoire” quantique dans le condensat, rendant ainsi difficile la formation d'un processus de superradiance amplifié de manière continue.

Dans un autre article, l'équipe de recherche indique également que, même en supposant que les atomes de recul puissent laisser une empreinte quantique, la nature fermionique des neutrinos produirait un effet opposé. Contrairement aux bosons comme les photons, les neutrinos sont des fermions. L'analyse montre que les corrélations quantiques des neutrinos déjà émis n'inciteraient pas les neutrinos suivants à être émis dans la même direction, mais inhiberaient au contraire cette amplification directionnelle, empêchant ainsi la formation d'un faisceau de neutrinos de type laser.

Joe Formaggio et Ben Jones, qui avaient proposé le schéma du laser à neutrinos, estiment que cette nouvelle recherche constitue un test rigoureux de ce concept et reflète le processus d'examen des nouvelles idées par la communauté scientifique. Ketterle a déclaré pour sa part que la science a besoin de discussions créatives pour explorer les lois de la nature, mais qu'en ce qui concerne le laser à neutrinos, ce concept était “trop beau pour être vrai”. Cette recherche a bénéficié du soutien de la National Science Foundation des États-Unis et du Centre pour les atomes ultra-froids, entre autres institutions.