Kan man få lyset til at stå stille?

Man kan jo få atomer til at stå næsten stille ved at køle dem ned. Kan man gøre det samme med lys, og hvad sker der i givet fald med lyspartiklerne?

1. september 2009

I et tomt rum rejser lyset med en enorm hastighed på 299.792.458 m/s. Når en lyspuls går igennem et materiale af fx glas, bremses den en smule. Det skyldes, at atomerne i materialet spreder lyset, så det ledes en snørklet vej gennem mediet, og det kan sænke lysets hastighed til cirka det halve. I en række banebrydende eksperimenter har Lene Hau på Harvard University dog bremset lyset langt mere og endog fået det til at stå stille. Hun bruger en ultrakold sky af natriumatomer, hvis temperatur er mindre end en milliontedel af en grad over det absolutte nulpunkt – den teoretisk lavest mulige temperatur, hvor selv atomer står stille. I sig selv er sådan en kold natriumatomsky ikke nok til at bremse lyset. Faktisk er den uigennemsigtig, men hvis natriumatomerne belyses med en omhyggeligt indstillet såkaldt kontrollaser, præpareres de i en særlig kvantemekanisk tilstand, der tillader en lyspuls at trænge ind i skyen. Lys består af masseløse partikler kaldet fotoner. Når de trænger ind i skyen, bliver de omgivet af atomer, som binder sig til dem. Tynget af atomernes masse bliver fotonerne bremset voldsomt, ligesom en løber, der forsøger at løbe med en rygsæk fyldt med bly. Kombinationen af atomerne og kontrollaseren skaber således et optisk medium med ekstreme egenskaber: Når en lyspuls sendes ind i skyen, nedbremses den voldsomt og sammenpresses, i takt med at de lynhurtige fotoner uden for natriumatomskyen indhenter deres langsommere brødre og søstre. Fra en udstrækning på mere end en kilometer skrumper lyspulsen, så den til sidst er mindre end natriumatomskyen, der blot er nogle få hundrededele af en millimeter lang. Mens den er inde i skyen, snegler lyspulsen sig frem med 17 m/s. Men så snart den når til enden af skyen, accelererer lyspulsen op til den normale hastighed på næsten 300.000 km/s, samtidig med at den strækkes ud igen. Hvis kontrollaseren slukkes, mens lyspulsen er inde i skyen, bliver lyset fanget og står stille. Lysets partikler er absorberet af atomerne, som gemmer et aftryk af lyspulsen. Hvis kontrollaseren tændes igen, frigiver natriumatomerne denne information, så lyspulsen bliver gendannet og forlader natri-umatomskyen. En kold natriumatomsky kan således bruges som et færdselssignal for lys ved at bremse det og sende det af sted igen.

Læs mere om hvordan man fandt lysets hastighed.

Læs også

Måske er du interesseret i ...

FÅ ILLUSTRERET VIDENSKABS NYHEDSBREV

Du får dit gratis særtillæg, Vores Ekstreme Hjerne, til download, straks du har tilmeldt dig nyhedsbrevet.

Fandt du ikke det, du ledte efter? Søg her: