Laut einer im September 2025 publizierten Idee lassen sich die flüchtigsten Teilchen des Universums in gebündelter Form erzeugen. Wäre ein solcher Neutrino-Laser wirklich baubar, würde das die Teilchenphysik revolutionieren. Doch ein Jahr später haben drei Atomphysiker, darunter Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle, die Grundlagen genauer durchgerechnet und festgestellt: Das Konzept kann nicht funktionieren.

Im selben angesehenen Journal »Physical Review Letters«, in dem die Arbeit von 2025 erschien, publizierte das Trio im September 2026 zwei Paper. In einem davon führt es detailliert aus, warum das entscheidende Phänomen der sogenannten Superradianz bei Teilchen wie Neutrinos gar nicht auftreten kann. Im anderen verpassen die Physiker außerdem der fundamentalen Idee, radioaktiven Zerfall durch einen speziellen quantenmechanischen Zustand ultrakalter Atome zu beschleunigen, einen Dämpfer. Hier würden gegenläufige Effekte die erreichbaren Energien stark begrenzen, und die Verstärkung läge viele Größenordnungen unter den 2025 geäußerten Erwartungen.

Bei der Superradianz handelt es sich um ein Phänomen, bei dem sich viele Atome synchronisieren und gemeinsam Strahlung aussenden. Ein solcher Lichtblitz ist viel intensiver als Strahlung voneinander unabhängiger Atome. Entsprechend verlockend klang der Vorschlag von 2025, den Effekt zur Erzeugung gebündelter Neutrinos auszunutzen. Denn diese Teilchen lassen sich notorisch schwierig detektieren; gleichzeitig sind sie der Schlüssel zu brennenden offenen Fragen der Teilchenphysik.

Doch wie Ketterle und seine Kollegen Hanzhen Lin und Yu-Kun Lu vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge herausfanden, wäre ein solcher Laser aus Neutrinos aus quantenmechanischen Gründen unmöglich. Das liegt letztlich daran, dass es zwei verschiedene Arten von Teilchen gibt, die sich völlig verschieden verhalten, wenn sie ihresgleichen begegnen. Während sich sogenannte Bosonen in einem Zustand versammeln können, gehen sich Fermionen aus dem Weg.

Photonen sind Bosonen und verbünden sich daher bereitwillig zu einem Laserstrahl. Neutrinos sind Fermionen, die sich meiden. Das wussten die Autoren des ursprünglichen Vorschlags natürlich. Doch um die Einschränkung zu umgehen, hatten sie ein Szenario erdacht, bei dem sich zerfallende radioaktive Atome als Bosonen zusammentun und mittels Superradianz gemeinsam Neutrinos emittieren.

Ketterle, Lin und Lu betrachten in ihrer ersten Veröffentlichung einen solchen idealisierten Fall eingehender. Laut den Forschern müssen sich selbst, wenn es sich bei den Atomen um Bosonen handelt, die Zerfallsprodukte wie Fermionen verhalten. Dadurch blockieren sie schon nach dem ersten Zerfall weitere Übergänge in denselben Zustand und verhindern damit die Superradianz. Ein Neutrino-Laser ist damit grundsätzlich unmöglich. Die einzige denkbare Ausnahme wäre ein Vorgang, bei dem ein Paar zweier Neutrinos entsteht. Doch den Autoren zufolge hat so ein Prozess die wenig praktikable Halbwertszeit vom billionenfachen Alter des Universums.

Keine Neutrinos sind auch keine Lösung

In der zweiten Veröffentlichung schauen die Physiker allgemeiner auf einen möglichen Mechanismus, um Superradianz anzutreiben. Dieser stand am Anfang der Überlegungen zum Neutrino-Laser, könnte aber unabhängig davon funktionieren. Eine zentrale Rolle spielt dabei ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat, ein System von Teilchen im selben quantenmechanischen Zustand. Ketterle kennt sich damit aus – für die erste Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats erhielt er im Jahr 2001 den Physik-Nobelpreis.

Kann ein Bose-Einstein-Kondensat radioaktiven Zerfall beschleunigen? Die Frage ist Titel des Papers, und die Autoren beantworten sie mit: Nein, jedenfalls nicht in nennenswertem Maß. Im Prinzip spricht zwar, anders als bei der Neutrino-Superradianz, nichts dagegen. Denkbar wäre es beispielsweise, auf die Weise beim Zerfall entstehende Gammastrahlen zu bündeln.

Allerdings weisen die Forscher nach, dass die hohe Energie der Strahlung einen Rückstoß auf die zerfallenen Atome überträgt. Das zerstört den Zusammenhalt im Bose-Einstein-Kondensat schneller, als sich eine kollektive Emission aufbauen kann. Ganz gleich, welche Art von Laser man auf die Weise konstruieren will, er wäre wenig leistungsfähig.

Somit werden sich bereits für die Grundidee kaum praktische Anwendungen finden. Und statt auf einen kompakten Neutrino-Laser zu hoffen, muss die Teilchenphysik weiter in riesigen Detektoren nach Signalen fahnden.