Bummelnde Photonen : Langsames Licht

Seit Einstein ist klar: Im Vakuum ist nichts schneller als das Licht. Aber lässt es sich im Vakuum auch abbremsen? Offenbar schon - mit einem Trick.

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An der Universität Glasgow haben Forscher Laserstrahlen-Licht im Vakuum minimal abgebremst.
An der Universität Glasgow haben Forscher Laserstrahlen-Licht im Vakuum minimal abgebremst.Foto: Promo

Licht fliegt mit Lichtgeschwindigkeit. Das ist ein zentrales Gesetz der Einstein’schen Relativitätstheorie. Nichts kann sich schneller bewegen als mit der Geschwindigkeit von Licht im Vakuum. Aber können sich Lichtteilchen im luftleeren Raum auch langsamer bewegen als mit Lichtgeschwindigkeit? Physiker der Universität von Glasgow haben hierzu einzelne Photonen, wie Lichtteilchen genannt werden, auf die Rennstrecke geschickt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, kamen Photonen mit einer aufgeprägten seitlichen Struktur tatsächlich um einen winzigen Tick später an als andere.

Gebremstes Licht

Um Licht abzubremsen, schickt man es normalerweise in ein dichtes Medium wie Glas oder Wasser. Dort ist Licht um ein Drittel bis die Hälfte langsamer als die Lichtgeschwindigkeit von knapp 300 000 Kilometern pro Sekunde. Nun sind Photonen aber nicht einfach punktförmige Teilchen, sondern besitzen auch Welleneigenschaften. Deshalb kann man ihnen mithilfe spezieller Optiken verschiedene räumliche Strukturen geben.

Um die Geschwindigkeit solcher Photonen zu messen, verglichen die Wissenschaftler sie mit unveränderten Lichtteilchen. Dazu sandten sie zunächst einen Laserstrahl in einen speziellen Kristall. Dort verwandelten sich die Photonen des Laserstrahls in je zwei identische Lichtteilchen mit je der halben Energie.

Ein Millionstel Meter Vorsprung

Eines dieser Photonen ließen die Forscher über eine Strecke von einem Meter laufen. Dem anderen prägten sie zwischendurch mittels Spezialoptik eine seitliche Struktur auf. Wie die Messungen ergaben, kamen die modifizierten Photonen mit einer winzigen Verzögerung an.„Diese Verzögerung ist gering, nur einige Millionstel Meter über eine Strecke von einem Meter“, sagt Daniel Giovannini, einer der Glasgower Forscher. Doch damit sei erstmals nachgewiesen, dass sich einzelne Lichtteilchen abbremsen lassen – wenn auch nur minimal. Bislang war dieser Effekt nur von Lichtstrahlen aus vielen Photonen bekannt. Der Effekt tritt aber nur bei kurzen Distanzen und großen Optiken auf, hat der Theoretiker Stephen Barnett berechnet. Durch ihre Struktur laufen die Lichtteilchen geradeaus, besitzen aber zugleich eine seitliche Komponente, die sie bremst.

„Der Effekt spielt bei großen Entfernungen, wie in der Astronomie, wahrscheinlich keine Rolle“, sagt Miles Padgett, Leiter der Glasgower Arbeitsgruppe. Doch auch wenn sich für solche Lichtstrahlen noch keine Anwendungen dieser Grundlagenforschung abzeichnen, sollte der Effekt auch bei anderen Wellen eintreten, etwa bei Schallwellen.

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