A jégcsapdába csalogatott fény

Nem könnyű a fény sebességét jelentősen megváltoztatni, írta az ebben a műfajban úttörő szerepet játszó Lene Vestergaard Hau, az amerikai Harvard Egyetem dán származású professzorasszonya. Ha viszont sikerült a fényt lelassítani, sőt megállítani, akkor ez új lehetőségeket nyit meg az optikai távközlésben, az adattárolásban és a kvantumszámítógépekben. A fény-rendszer befagyasztása a száguldó fényrészecskéket, a fotonokat mozdulatlan kvantuminformációvá alakítja.

A fény terjedési sebessége függ a hullámhosszától, minden hullámhosszra más és más a törésmutató. (A törésmutató a vákuumban mért abszolút fénysebesség és az adott közegben mért fénysebesség hányadosa.) A két nyaláb kvantuminterferenciája megváltoztatja a törésmutatót is, a törésmutató rendkívül erősen frekvenciafüggővé válik, vagyis a frekvencia kis megváltozásához nagy törésmutatóváltozás tartozik. Minél rohamosabb a törésmutató változás, annál jobban lelassul a fény.

A kísérletben tehát két fénynyalábot használtak, melyeknek a színe nagyon közel esett egymáshoz. A fénysugarakat nátrium gázra bocsátották rá. A sárga megfelelő árnyalatát a nátrium atomok elnyelik, tehát ez a szín nem tud átjutni a gázfelhőn. A másik, színben nagyon közeleső nyaláb segítségével viszont a nátrium átlátszóvá tehető a korábban elnyelt sárga színű nyaláb számára is. A segédnyalábbal az adott színben átlátszatlan közeget átlátszóvá, áteresztővé tették.

A kísérlet elején egyszerre éri a gázt a sárga fényjel és a közeleső színű segéd-fénynyaláb. Mindkettő behatol a nátrium gőzbe, ahol a két fénynyaláb egymásrahatásának következtében megváltozik az atomok állapota, itt nem részletezhető módon bizonyos rendezettség, ún. spinhullám alakul ki. Ezután a segédnyalábot kikapcsolják, a sárga fényjelre vonatkozó információkat a spinhullám tárolja. A tartály másik oldalán nincs kimenő fényjel, tehát az eredeti sárga fényjel "bennragadt" a tartályban. Bizonyos idő elteltével újra bekapcsolják a segédnyalábot, ekkor pontosan az előző folyamat fordítottja játszódik le. A segédnyaláb hatására a spinhullámból kiszabadul az információ, az eredetileg belépett sárga jellel teljesen megegyező sárga jel jelenik meg a tartály másik, kimeneti oldalán.

A Bose-Einstein kondenzátum létrehozása után először a segédnyalábot bocsátják rá az ultrahideg atomfelhőre. Ezután jön a főnyaláb, az atomfelhő másik odalán pedig várják a fényimpulzus megjelenését. A 0,1-0,2 mm hosszú felhőben mikroszekundum - milliszekundum nagyságrendű késleltetést szenved el a fénynyaláb, egy optikai kábelben kilométereket tenne meg ennyi idő alatt. Az atomfelhő belsejében 60 km/óra sebességgel haladt a fény. A sebesség húszmilliomod részére csökkent és húszmilliomod részére csökkent a fényimpulzus hossza is, elfért a parányi atomfelhőben.

A csatoló fény kikapcsolása után az összenyomott lassú impulzus megáll, de az általa hordozott információ nem veszik el. Az összes információ befagyott az atomi állapotokba, az eredeti impulzus hologrammként rögzült a gázatomokban. Ha újra bekapcsoljuk a segédnyalábot, akkor csodálatos módon újra megjelenik az impulzus, lassan tovább mozdul, mintha misem történt volna. A tárolás idő egyelőre maximum néhány milliszekundum lehet, hosszabb nem, mert a nagyon hideg atomok is mozognak kissé és ütköznek is egymással.