Nu kan lys flyttes, mens det er slukket

Først fik hun lyset til at bevæge sig i cykeltempo gennem en sky af natriumatomer, så bragte hun det til komplet stilstand i samme type af atomsky, og nu har Lene Vestergaard Hau ladet lyset slukke i en atomsky for at lade det genopstå kort tid efter i en anden atomsky 0,16 millimeter borte. En slags teleportation af lys foretaget med atomare bølger.

Lysets hastighed er som bekendt næsten 300.000 kilometer i sekundet i vakuum. I gennemsigtige materialer som vand eller glas er hastigheden henholdsvis cirka en tredjedel eller en halv gang lavere.
Men at sænke lysets hastighed mange gange er vanskeligt, idet materialer med lav lyshastighed på grund af spredning eller absorption også mindsker den andel af lyset, der slipper igennem.
Det vakte derfor enorm opsigt over hele verden, da Lene Vestergaard Hau, som i dag er professor på Harvard University, i 1999 bragte lysets hastighed ned til 17 meter i sekundet ved passage af en tæt sky af ultrakolde natriumatomer ved en temperatur på brøkdele af en grad over det absolutte nulpunkt - her var atomerne i en tilstand som kendes som et Bose-Einstein kondensat.

Koblingsbeam styrer atomskyens optiske egenskaber

I eksperimentet udnyttede Lene Hau, at hun med et koblingsbeam kan styre de optiske egenskaber af atomskyen, så lysets hastighed sænkes via en vekselvirkning mellem lys og atomerne - uden at det samtidig absorberes.

Ved at slukke for koblingsbeamet på det tidspunkt, det langsomme lys er på vej gennem atomskyen, kan lyset slukkes, og dets egenskaber gemmes i atomskyen.
Når koblingsbeamet tændes igen, gendannes det oprindelige lys, idet informationen om lyset egenskaberne frigives fra de eksiterede atomer.

Kan fanges i atomfælde

I en ny artikel i Nature forklarer Lene Hau mere præcist, hvad der foregår. Idet koblingsbeamet slukkes, vil atomer udslukke probepulsen, som jo netop kun kan bevæges sig gennem atomskyen, når koblingsbeamet er tilstede.
Lysets egenskaber overføres dog til en særlig tilstand i nogle atomer. Disse atomer vil på grund af loven om bevarelse af bevægelsesmængde bevæge sig gennem atomskyen. I det aktuelle tilfælde med en hastighed på 57 mikrometer pr. millisekund.
Så længe atomerne er inde i atomskyen, kan man gendanne lyspulsen ved at tænde for koblingsbeamet.

I sit nye eksperiment har Lene Hau ladet atomerne med den skjulte lysinformation fortsætte gennem luften fra et Bose-Einstein til et andet i en afstand af 160 mikrometer. Det tager altså 2,67 millisekunder for atomerne at komme fra det ene til det andet Bose-Einstein-kondensat.

Når atomerne er kommet til det andet Bose-Einstein-kondensat, tændes for koblingsbeamet, og lyspulsen gendannes.

Lene Hau anfører, at da atomerne bevæger frit fra den ene atomsky til den anden, kan de i princippet fanges i en atomfælde, hvor de kan fastholdes i op til flere minutter og eventuelt manipuleres med eksterne felter.
Det kan eksempelvis føre til nye former for dynamiske optiske delay lines. Det er en af forudsætningerne der skal opfyldes for, at man kan udvikle optiske computere, hvor beregninger foregår med fotoner og ikke elektroner.
Nature 8. februar 2007