Kun je het licht stil laten staan?

Door atomen heel sterk te laten afkoelen, kunnen ze bijna stil komen te staan. Kan dit ook met het licht, en zo ja, wat gebeurt er dan met de lichtdeeltjes?

1 september 2009

In een lege ruimte beweegt licht met een snelheid van 299.792.458 m/s. Als een lichtpuls door materiaal als glas gaat, wordt het iets afgeremd doordat de atomen in het glas het licht verspreiden en de lichtdeeltjes via omwegen lopen. Zo kan de snelheid van het licht met ongeveer de helft terugvallen. In een reeks baanbrekende experimenten wist Lene Hau van Harvard University het licht nog sterker terug te brengen en het zelfs stil te laten staan. Ze gebruikte een ultrakoude wolk natriumatomen met een temperatuur van nog geen miljoenste graad boven het absolute nulpunt – de laagste temperatuur die nog theoretisch mogelijk is, waarbij zelfs atomen stilstaan. Maar je redt het niet met alleen een natriumwolk. Die is overigens ondoorzichtig. Als de natriumatomen echter belicht worden met een precies ingestelde controlelaser, komen ze in een speciale kwantummechanische toestand waarbij je toch een lichtpuls in de wolk kunt schieten. Licht bestaat uit deeltjes zonder massa: fotonen. Als deze fotonen in de wolk terechtkomen, worden ze omgeven door atomen waarmee ze een verbinding aangaan. Door de massa van deze atomen wordt de snelheid van de fotonen drastisch verminderd; zo’n beetje als een hardloper die een rugzak met lood op zijn rug krijgt. De combinatie van natriumatomen en de controlelaser vormt zodoende een optisch medium met extreme eigenschappen: als je een lichtpuls de wolk in schiet, worden de fotonen sterk afgeremd en gecomprimeerd, terwijl ze met gigantische snelheid ingehaald worden door de fotonen die buiten de wolk om gaan. De lichtpuls krimpt van ruim een kilometer tot hij kleiner is dan de wolk natriumatomen van een paar honderdste millimeter. Op reis door de wolk beweegt het licht met een slakkengang van 17 m/s. Maar aan het einde van de wolk strekt het licht zich weer uit en versnelt het tot de aanvankelijke snelheid van bijna 300.000 km/s. Als de controlelaser uit gaat terwijl de lichtpuls in de wolk zit, is het licht gevangen en staat stil. De lichtdeeltjes worden geabsorbeerd door de atomen en laten daar een afdruk in achter. Als de laser weer aan gaat, geven natriumatomen de informatie in deze afdruk vrij; de puls wordt weer opgebouwd en kan de natriumwolk verlaten. Een koude natriumatoomwolk is een soort verkeerslicht, dat het licht laat remmen en verdergaan.

Bekijk ook ...

ONTVANG DE NIEUWSBRIEF VAN WETENSCHAP IN BEELD

Je ontvangt je gratis special, Onze extreme hersenen, als download zodra je je hebt aangemeld voor onze nieuwsbrief.

Ook gelezen

Niet gevonden wat je zocht? Zoek hier: