Licht angehalten
Geschrieben von Fee am 18. Juni 2001 09:51:47:
Licht angehalten
von Sebastian Brandt
Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine Naturkonstante. Dass sich Licht in bestimmten Medien jedoch sehr viel langsamer ausbreiten kann, ist seit längerem bekannt; einen Lichtstrahl vollständig anzuhalten, war bislang allerdings noch niemandem gelungen.Der Durchbruch ist zwei unabhängig voneinander arbeitenden Teams in den USA gelungen. Die Forschungsgruppen von Lene Vestergaard Hau an der Harvard Universität sowie von Ronald Walsworth vom Harvard-Smithsonian Zentrum für Astrophysik, beide im US-Staat Massachusetts, haben es auf zwei ähnlichen Wegen erreicht, Lichtstrahlen zu stopen, zu speichern und anschließend wieder auszusenden.
Der Effekt, den sich die Forscher dabei zu Nutze gemacht haben, ähnelt im Prinzip der verlangsamten Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht in optischen Medien wie Wasser oder Glas. Normalerweise wird dabei jedoch auch immer ein Teil des Lichtes absorbiert.
Seit längerem wissen die Physiker, wie man eine starke Bremswirkung erzielen kann. Atome eines speziellen chemischen Elementes absorbieren und emittieren stets nur Licht ganz bestimmter Frequenzen. Liegt nun die Frequenz des eingestrahlten Lichtes in der Nähe einer solchen Resonanzfrequenz, so nimmt zwar einerseits die Absorption stark zu, andererseits ist jedoch auch die Bremswirkung besonders stark. Mit einem exakt abgestimmten zweiten Laserstrahl gelingt es jedoch inzwischen die Absorption quasi "abzuschalten", und das Medium transparent zu machen.
Dieser Prozess funktioniert um so besser desto weniger sich die Atome in dem Medium gegenseitig beeinflussen bzw. aneinanderstoßen. Denn so bleiben sie auf einem konstanten energetischen Niveau und ihre Resonanzfrequenz ist unverändert.
Hau kühlte daher Natrium-Atome auf nur wenige millionstel Kelvin ab. Die Lichtgeschwindigkeit sank rapide. Durch geschicktes Abstimmen der zwei Laserstrahlen gelang es weiter, den ersten Strahl vollständig im Medium einzufangen, dazu muss der zweite Strahl im richtigen Moment abgeschaltet werden. Aber das ist noch nicht alles. Denn schaltet man anschließend den zweiten Strahl wieder ein, so lässt sich die physikalische Information, die der erste Strahl ursprünglich trug, wieder auslesen. "Im Prinzip ist das Licht in dem Medium gefangen und kommt nicht eher heraus, bis die Forscher das wollen", so Seth Lloyd, der Professor am MIT ist, und daher die Arbeit seiner Kollegen gut kennt.
Das Team um Ronald Walsworth verfolgte prinzipiell den gleichen Weg, nur benutzte es für seine Experimente ein Rubidium-Gas.
Die Lichtspeicherung, die bis vor kurzem als technisch nahezu unmöglich galt, wird als notwendig für die Konstruktion der sogenannten Quantencomputer angesehen. Diese Rechner der nächsten Generation sollen bisher ungeahnte Rechenleistungen erreichen, und sich dabei Licht als Übertragungsmedium zu Nutze machen.