Il MIT vuole creare un laser di neutrini. Usando atomi radioattivi ultra-raffreddati, i fisici puntano a generare un fascio coerente di particelle fantasma. Una svolta per fisica, medicina e comunicazioni
Il laser che spara particelle fantasma: la teoria che sfida la fisica.
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Ogni istante, trilioni di neutrini — particelle subatomiche più piccole degli elettroni e più leggere dei fotoni — attraversano il nostro corpo e ogni materiale che ci circonda, senza alcun effetto percepibile. Queste “particelle fantasma” sono le più abbondanti con massa nell’universo, eppure rimangono tra le più misteriose: la loro massa esatta è ancora sconosciuta, e la loro interazione con la materia è talmente rara da renderle difficilissime da studiare.
Il concetto di “laser di neutrini”: una svolta nella fisica moderna
Un team di fisici del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha proposto un’idea audace e innovativa: creare un laser di neutrini — un fascio coerente e amplificato di neutrini — attraverso un esperimento da tavolo. L’idea nasce dalla possibilità di raffreddare con laser un gas di atomi radioattivi fino a temperature inferiori a quelle dello spazio interstellare. In queste condizioni estreme, gli atomi entrano in uno stato quantico noto come condensato di Bose-Einstein (BEC), comportandosi come un’unica entità coerente.
Bose-Einstein Condensate: il cuore del laser di neutrini
Il BEC è uno stato della materia che si verifica quando un gas di particelle viene raffreddato quasi allo zero assoluto. In questo stato, le particelle smettono di comportarsi come individui e iniziano a condividere le stesse proprietà quantistiche, agendo come un’unica “onda” coerente. Questo fenomeno è stato osservato in atomi stabili come il sodio, ma mai in atomi radioattivi — una sfida che il team del MIT vuole affrontare.
Decadimento accelerato e superradianza: come funziona il laser di neutrini
Nel loro studio, pubblicato su Physical Review Letters (1), i fisici Ben Jones e Joseph Formaggio (2) hanno ipotizzato che, raffreddando atomi radioattivi come il rubidio-83 fino a formare un BEC, il decadimento radioattivo — che normalmente avviene in giorni o settimane — possa essere accelerato a pochi minuti. Questo decadimento sincronizzato produrrebbe un fascio di neutrini coerente e amplificato, simile all’emissione di fotoni in un laser ottico.
Il fenomeno chiave è la superradianza, un effetto quantistico in cui gli atomi eccitati emettono particelle (come fotoni o neutrini) in modo sincronizzato e intensificato. Applicando questo principio agli atomi radioattivi, il team prevede un’emissione di neutrini molto più rapida e direzionale.
Prototipo da tavolo: verso la realizzazione pratica
Il team ha calcolato che intrappolando un milione di atomi di rubidio-83 e raffreddandoli fino a formare un BEC, si potrebbe osservare un decadimento accelerato e la produzione di un fascio di neutrini in pochi minuti. Il prossimo passo sarà costruire un prototipo da laboratorio per testare il concetto. Se riuscito, questo esperimento potrebbe aprire la strada a nuove tecnologie basate sui neutrini.
Applicazioni future: comunicazione, medicina e fisica fondamentale
- Comunicazione sotterranea: i neutrini possono attraversare la Terra senza ostacoli, rendendoli ideali per comunicazioni tra stazioni sotterranee o sottomarine.
- Produzione di radioisotopi: i sottoprodotti del decadimento radioattivo potrebbero essere utilizzati per migliorare la diagnostica medica, come la tomografia e la rilevazione precoce del cancro.
- Studio della fisica fondamentale: un fascio coerente di neutrini potrebbe aiutare a rispondere a domande aperte sulla materia oscura, l’antimateria e le forze fondamentali dell’universo.
Riferimenti:
(1) Superradiant Neutrino Lasers from Radioactive Condensates
(2) Joseph Formaggio
Descrizione foto: «Questo è un modo nuovo per accelerare il decadimento radioattivo e la produzione di neutrini, che per quanto ne sappia non è mai stato fatto», afferma Joseph Formaggio. - Credit: Jose-Luis Olivares, MIT; iStock.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Physicists devise an idea for lasers that shoot beams of neutrinos