Kan man få ljuset att stå stilla?

Man kan ju få atomer att stå nästan stilla genom att kyla ned dem. Kan man göra detsamma med ljus, och vad sker i så fall med ljuspartiklarna?

1 september 2009

I ett tomt rum färdas ljuset med den enorma hastigheten 299792458 meter per sekund. När en ljuspuls går igenom ett material, till exempel glas, bromsas den lite. Det beror på atomerna i materialet sprider ljuset, så att det leds längs en snirklig väg genom mediet. Det kan sänka ljusets hastighet till cirka hälften. I en rad banbrytande experiment har Lene Hau vid Harvard University dock bromsat ljuset betydligt mer och fått det att stå stilla. Hon använder ett ultrakallt moln av natriumatomer, vars temperatur ligger mindre än en miljondels grad över den absoluta nollpunkten – den teoretiskt lägsta möjliga temperaturen, där även atomer står stilla. I sig är ett sådant kallt natriumatommoln inte tillräckligt för att bromsa ljuset. Faktiskt är det ogenomskinligt, men om natriumatomerna belyses med en noggrant inställd så kallade kontrollaser, prepareras de i ett särskilt kvantmekaniskt tillstånd, som tillåter en ljuspuls att tränga in i molnet. Ljus består av masslösa partiklar kallade fotoner. När de tränger in i molnet, omges de av atomer, som binder sig till dem. Tyngda av atomernas massa bromsas fotonerna våldsamt upp, likt en löpare som försöker springa med en ryggsäck fylld med bly. Kombinationen av atomerna och kontrollasern skapar således ett optiskt medium med extrema egen-skaper. När en ljuspuls skickas in i molnet, bromsas den kraftigt och pressas ihop i takt med att de blixtsnabba fotonerna utanför natriumatommolnet kommer ikapp sina långsammare bröder och systrar. Från en utsträckning på mer än en kilometer skrumpnar ljuspulsen, så att den till sist är mindre än natriumatommolnet, som bara är några få hundradelar av en millimeter långt. Medan ljuspulsen är inne i molnet, sniglar den sig fram med 17 meter per sekund, men så snart den når änden av molnet, accelererar den till den normala hastigheten på nästan 300000 kilometer i sekunden, samtidigt som den sträcks ut igen. Slocknar kontrollasern medan ljuspulsen är inne i molnet, fångas ljuset och står stilla. Ljusets partiklar har absorberats av atomerna, som lagrar ett avtryck av ljuspulsen. Tänds kontrollasern på nytt, friger natriumatomerna denna information, så att pulsen återskapas och lämnar natriumatommolnet. Ett kallt natriumatommoln kan alltså användas som ett trafikljus för ljuset genom att bromsa det och skicka iväg det igen.

Läs mer om hur man kom fram till ljusets hastighet.

Läs också

Kanske är du intresserad av...

Hittade du inte vad du söker? Sök här: