玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）是某種粒子氣體被冷卻到接近絕對零度時形成的一種物質(zhì)狀態(tài)。此時，粒子被降至最低能級，并停止作為個體運動。在這種深度冷凍狀態(tài)下，粒子可以開始“感知”彼此的量子效應(yīng)，并可以作為一個相干的整體行動——這是一個可以產(chǎn)生奇異物理現(xiàn)象的獨特相。

BEC已在多種原子物種中實現(xiàn)。（最早的實例之一是由MIT的沃爾夫?qū)�·克特勒（Wolfgang Ketterle）用鈉原子實現(xiàn)的，他因此分享了2001年諾貝爾物理學獎。）然而，尚未有人用放射性原子制成BEC。這樣做將異常具有挑戰(zhàn)性，因為大多數(shù)放射性同位素半衰期很短，在它們被充分冷卻形成BEC之前就會完全衰變。

盡管如此，F(xiàn)ormaggio思考，如果放射性原子能夠制成BEC，是否會以某種方式增強中微子的產(chǎn)生？在嘗試進行量子力學計算時，他最初發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)不太可能存在。

Formaggio說：“結(jié)果證明這是個誤導——我們不能僅僅通過制造玻色-愛因斯坦凝聚體來加速放射性衰變和中微子產(chǎn)生的過程。”

與光學同步

幾年后，Jones重新審視了這個想法，并增加了一個要素：超輻射（superradiance）——一種量子光學現(xiàn)象，當一組發(fā)光原子被刺激以同步方式行為時發(fā)生。在這種相干相中，預(yù)計原子應(yīng)發(fā)射出“超輻射”的光子爆發(fā)，即比它們通常不同步時輻射更強。

Jones向Formaggio提出，也許在放射性玻色-愛因斯坦凝聚體中也可能產(chǎn)生類似的超輻射效應(yīng)，從而可能導致類似的中微子爆發(fā)。兩位物理學家著手研究支配發(fā)光原子如何從相干起始態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌�輻射態(tài)的量子力學方程。他們使用相同的方程來計算處于相干BEC態(tài)的放射性原子會如何行為。

Formaggio解釋說：“結(jié)果是：你能更快地得到多得多的光子，當你將同樣的規(guī)則應(yīng)用于產(chǎn)生中微子的東西時，它也會讓你更快地得到多得多的中微子。就在那時，各個部分串聯(lián)起來了，放射性凝聚體中的超輻射可以實現(xiàn)這種加速的、類似激光的中微子發(fā)射。”

為了在理論上測試他們的概念，該團隊計算了如何從100萬個超冷銣-83原子云中產(chǎn)生中微子。他們發(fā)現(xiàn)，在相干的BEC態(tài)下，原子以加速的速率發(fā)生放射性衰變，在幾分鐘內(nèi)釋放出類似激光的中微子束。

既然物理學家們已經(jīng)在理論上證明了中微子激光是可能的，他們計劃用一個小型桌面裝置來測試這個想法。

Jones說：“這應(yīng)該足以做到：取這種放射性材料，將其汽化，用激光阱捕獲它，將其冷卻，然后將其轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ｉ?愛因斯坦凝聚體。然后它應(yīng)該會自發(fā)地開始這種超輻射。”

兩人承認，這樣的實驗需要采取多項預(yù)防措施并進行精細操作。

Formaggio說：“如果我們最終能在實驗室里展示它，那么人們就可以思考：我們能把它用作中微子探測器嗎？或者作為一種新的通信形式？那才是真正有趣的開始。”