News: Gefrorenes Licht - Die Fortsetzung
Vor fast drei Jahren beschrieben Physiker, wie es ihnen gelang, einen Lichtstrahl festzusetzen. Kurzzeitig gespeichert in einer Atomwolke hatten sie ihn damals, aber es geht offensichtlich auch anders.
© (Ausschnitt)
Licht – der Inbegriff von Schnelligkeit, kaum zu glauben, dass es sich auf die Geschwindigkeit eines Autos abbremsen lässt, ja sogar vollständig zu stoppen ist. Und doch: Genau das gelang Lene Hau von der Harvard University und ihren Kollegen vor wenigen Jahren [1].
Der Schlüssel zum Erfolg war damals ein Material, dessen Transparenz sich durch Licht steuern lässt: Scheint ein Kontrollstrahl auf eine Wolke aus tiefgekühlten Natriumatomen, dann wird der Dampf durchsichtig für einen Signalpuls. Wenn die Forscher den Kontrollstrahl hingegen just in dem Moment abschalten, in dem dieses Signal die Wolke passiert, dann bleibt es quasi stecken – genauer gesagt, der Lichtpuls überträgt seine Information an die Spins – anschaulich so etwas wie eine Eigenrotation – der Gasatome. Schalteten die Forscher den Kontrollstrahl wieder an, dann geht diese Information wieder auf die Photonen des Signals über und der Lichtstrahl verlässt die Wolke, als wäre nichts geschehen.
Angesichts der tiefen Temperaturen, in die das Natriumgas zunächst versetzt werden musste, liegt das Bild vom eingefrorenen Licht nahe. Doch das stimmt nicht so ganz, meint Marlan Scully von der Princeton University [2]. Vielmehr müsse von "Abbilden" die Rede sein, denn schließlich bleibt das elektromagnetische Feld des Strahls beim Parken nicht erhalten, sondern wird in den Atomen des Gases gespeichert. Doch auch Einfrieren ist möglich, wie nun eine Arbeit von Kollegen der Harvard University zeigt [3].
Dabei ist der Versuch den damaligen Experimenten zunächst so ähnlich, dass man sich fragt, wo eigentlich das Neue steckt. Denn wie Hau und ihr Team setzen auch Michal Bajcsy und seine Kollegen auf ein Medium, das elektromagnetisch induzierte Transparenz aufweist: ein Gas aus Rubidium-Atomen. Auch hier sorgt ein Kontrollstrahl dafür, dass die Atome angeregt werden und das Material durchsichtig wird, sodass der Signalpuls in die Wolke treten kann. Und auch in diesem Fall bleibt der Strahl erst einmal stecken, wenn das Kontrolllicht abgeschaltet wird – jedoch nicht für lange. So weit das gewohnte Vorgehen, nun jedoch der neue Trick.
Denn anstelle den Kontrollstrahl einfach wieder einzuschalten, wird die Wolke nun von zwei Seiten mit dem Kontrolllicht beleuchtet, sodass es zur Interferenz der beiden Strahlen kommt: Die beiden entgegengesetzt orientierten Lichtbündel überlagern sich, verstärken sich teilweise und löschen sich andernorts aus – eine stehende Lichtwelle also.
Dieses Hell-Dunkel-Muster erzeugt demzufolge periodisch Bereiche hoher Transparenz und dazwischen undurchsichtige Zonen. Außer die Atomwolke optisch derart zu verändern, entlassen die Kontrollstrahlen wie auch bei Haus Experiment den gespeicherten Lichtstrahl wieder in die Freiheit – das heißt, richtig frei ist das Signal eben nicht. Zwar wird die Information wieder auf ein elektromagnetisches Feld übertragen, doch dieses Licht wird nun wie zwischen Spiegeln innerhalb der transparenten Bereiche festgehalten. Denn die undurchlässigen Zonen kann es ja nicht passieren. Erst wenn auf einer Seite der Kontrollstrahl abgestellt wird, auf diese Weise das Interferenzmuster zerstört und damit das Material durchgängig transparent wird, kann das Signal die Atom-Wolke verlassen.
Auf diese Weise gelang es dem Team um Bajcsy tatsächlich, einen Lichtpuls für einige Hundertstel Millisekunden anzuhalten. Was sich kurz anhört, ist für optische Verhältnisse eine vergleichsweise lange Zeit, bedenkt man, dass das Licht unter normalen Umständen in dieser Zeit einige Kilometer hinter sich gebracht haben könnte. Wozu sich der neue Stopp-Effekt und die gesamte Technik nutzen lassen, steht noch weitgehend in den Sternen, wenngleich Ideen schon existieren. Vor allem für die Quanten-Informatik könnte das gefrorene Licht – laut Scully ist diesmal der Begriff treffend – nützlich sein.
Der Schlüssel zum Erfolg war damals ein Material, dessen Transparenz sich durch Licht steuern lässt: Scheint ein Kontrollstrahl auf eine Wolke aus tiefgekühlten Natriumatomen, dann wird der Dampf durchsichtig für einen Signalpuls. Wenn die Forscher den Kontrollstrahl hingegen just in dem Moment abschalten, in dem dieses Signal die Wolke passiert, dann bleibt es quasi stecken – genauer gesagt, der Lichtpuls überträgt seine Information an die Spins – anschaulich so etwas wie eine Eigenrotation – der Gasatome. Schalteten die Forscher den Kontrollstrahl wieder an, dann geht diese Information wieder auf die Photonen des Signals über und der Lichtstrahl verlässt die Wolke, als wäre nichts geschehen.
Angesichts der tiefen Temperaturen, in die das Natriumgas zunächst versetzt werden musste, liegt das Bild vom eingefrorenen Licht nahe. Doch das stimmt nicht so ganz, meint Marlan Scully von der Princeton University [2]. Vielmehr müsse von "Abbilden" die Rede sein, denn schließlich bleibt das elektromagnetische Feld des Strahls beim Parken nicht erhalten, sondern wird in den Atomen des Gases gespeichert. Doch auch Einfrieren ist möglich, wie nun eine Arbeit von Kollegen der Harvard University zeigt [3].
Dabei ist der Versuch den damaligen Experimenten zunächst so ähnlich, dass man sich fragt, wo eigentlich das Neue steckt. Denn wie Hau und ihr Team setzen auch Michal Bajcsy und seine Kollegen auf ein Medium, das elektromagnetisch induzierte Transparenz aufweist: ein Gas aus Rubidium-Atomen. Auch hier sorgt ein Kontrollstrahl dafür, dass die Atome angeregt werden und das Material durchsichtig wird, sodass der Signalpuls in die Wolke treten kann. Und auch in diesem Fall bleibt der Strahl erst einmal stecken, wenn das Kontrolllicht abgeschaltet wird – jedoch nicht für lange. So weit das gewohnte Vorgehen, nun jedoch der neue Trick.
Denn anstelle den Kontrollstrahl einfach wieder einzuschalten, wird die Wolke nun von zwei Seiten mit dem Kontrolllicht beleuchtet, sodass es zur Interferenz der beiden Strahlen kommt: Die beiden entgegengesetzt orientierten Lichtbündel überlagern sich, verstärken sich teilweise und löschen sich andernorts aus – eine stehende Lichtwelle also.
Dieses Hell-Dunkel-Muster erzeugt demzufolge periodisch Bereiche hoher Transparenz und dazwischen undurchsichtige Zonen. Außer die Atomwolke optisch derart zu verändern, entlassen die Kontrollstrahlen wie auch bei Haus Experiment den gespeicherten Lichtstrahl wieder in die Freiheit – das heißt, richtig frei ist das Signal eben nicht. Zwar wird die Information wieder auf ein elektromagnetisches Feld übertragen, doch dieses Licht wird nun wie zwischen Spiegeln innerhalb der transparenten Bereiche festgehalten. Denn die undurchlässigen Zonen kann es ja nicht passieren. Erst wenn auf einer Seite der Kontrollstrahl abgestellt wird, auf diese Weise das Interferenzmuster zerstört und damit das Material durchgängig transparent wird, kann das Signal die Atom-Wolke verlassen.
Auf diese Weise gelang es dem Team um Bajcsy tatsächlich, einen Lichtpuls für einige Hundertstel Millisekunden anzuhalten. Was sich kurz anhört, ist für optische Verhältnisse eine vergleichsweise lange Zeit, bedenkt man, dass das Licht unter normalen Umständen in dieser Zeit einige Kilometer hinter sich gebracht haben könnte. Wozu sich der neue Stopp-Effekt und die gesamte Technik nutzen lassen, steht noch weitgehend in den Sternen, wenngleich Ideen schon existieren. Vor allem für die Quanten-Informatik könnte das gefrorene Licht – laut Scully ist diesmal der Begriff treffend – nützlich sein.
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