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News: Licht langsamer als Tempo 100

Wie schnell ist das Licht? Ließe man Ihnen nur die Wahl zwischen 'etwa eine Milliarde km/h' und 'etwa 60 km/h', bedürfte es wohl eines sehr unabhängigen Geistes, um die zweite Alternative zu wählen. Die richtige Antwort wäre gewesen: 'Es kommt drauf an, worin'. Physiker mußten tief in die quantenmechanische Trickkiste greifen, um ein Medium zu erschaffen, in dem das Licht tatsächlich nur die Geschwindigkeit eines Mopeds hat. Dieses Medium ist ein mit Laseranregung durchsichtig gemachtes Bose-Einstein-Kondensat.
Im Vakuum ist das Licht rund 300 Millionen Meter pro Sekunde schnell, das enstpricht etwa einer Milliarde km/h. Bewegt es sich in einem stofflichen Medium, ist es langsamer. Unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Lichtes in unterschiedlichen Medien verursachen Effekte, die wir uns in herkömmlichen optischen Geräten aller Art täglich zunutze machen. Ein Maß für die Geschwindigkeit des Lichtes ist der Brechungsindex, der die optischen Eigenschaften von Linsen und Prismen bestimmt. Mit herkömmlichen Stoffen läßt sich Licht allerdings nicht unendlich abbremsen. Irgendwann einmal wird es von den Elektronen vollständig absorbiert und der Stoff ist undurchsichtig. Das passiert bei etwa halber Vakuum-Lichtgeschwindigkeit.

Physiker kennen aber einen Trick, diese Absorption zu vermeiden. Der Effekt heißt "elektromagnetisch induzierte Transparenz" und kommt mit Hilfe eines Lasers zustande. Elektronen können nur Licht bestimmter Frequenzen absorbieren. Dabei springen sie von einem Energieniveau auf ein höheres. Mit dem Laser läßt sich nun eine quantenmechanische Interferenz erzeugen, welche die Elektronen daran hindert zu springen. Ein zweiter Laserstrahl mit einer Frequenz, die normalerweise absorbiert würde, kann dann das Material passieren. Ein solches Material hat einen sehr hohen Brechungsindex, bremst also das Licht sehr stark ab. Damit gelingt es schon einmal, Licht etwa 160mal langsamer zu machen.

Forscher vom Rowland Institute for Science in Cambridge, Massachusetts, haben jetzt aber das Licht auf ein zwanzigmillionstel seiner Geschwindigkeit im Vakuum gebremst (Nature, 18. Februar 1999). Dazu kühlten sie ein Gas aus Natriumatomen extrem ab, so daß seine Temperatur nur noch milliardstel Bruchteile eines Kelvins über dem absoluten Nullpunkt lag. Die Atome gehen dabei in einen seltsamen makroskopischen Quantenzustand über: das sogenannte Bose-Einstein-Kondensat. Der Effekt der indzuierten Transparenz wird durch diesen Zustand extrem verstärkt, so daß sehr hohe Brechungsindizes möglich werden. Ein Laserstrahl, der unter normalen Bedingungen 750 Meter lang war, wurde durch die plötzliche Bremsung auf 0,04 Millimeter zusammengestaucht, nachdem er in das Medium eindrang. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt dabei nur noch 17 Meter pro Sekunde oder etwa 60 km/h. Die Physiker glauben, durch Verbesserungen des Versuchsaufbaus das Licht noch auf einige Zentimeter pro Sekunde abbremsen zu können.

Der Pionier der Bose-Einstein-Kondensation, Eric Cornell vom JILA in Boulder, Colorado, bezeichnet die Ergebnisse als "ziemlich außerordentlich". "Das war das erste Mal, daß mich die elektromagnetisch induzierte Transparenz dazu gebracht hat, Wow! zu sagen." Praktische Anwendungen dieser Effekte sind durchaus denkbar, erfordern aber Möglichkeiten, Bose-Einstein-Kondensate leichter und billiger herzustellen, als es bislang möglich ist.

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