Wetenschap 23 januari 2001

Onderzoekers brengen
licht tot stilstand

Door Janneke Hak
Een lichtstraal vangen in een doosje, zodat de straal er weer uitkomt als je het doosje opendoet. Dat is het idee van een uniek experiment van een groep Amerikaanse natuurkundigen: „We kunnen licht vasthouden en weer laten gaan op het moment dat wij dat willen en het uitgezonden licht is onveranderd.” De vinding kan van groot belang zijn voor de ontwikkeling van supersnelle computers.

Licht heeft, althans in het luchtledige, een snelheid van bijna 300.000 kilometer per seconde. Dat betekent dat zonlicht de afstand van de zon tot de maan –150 miljoen kilometer– in ruim 8 minuten aflegt. Wetenschappers zijn er nu in geslaagd de snelheid van lichtdeeltjes zeer sterk te vertragen en zelfs om ze tot stilstand te brengen.

Om het licht vast te houden, leiden wetenschappers een laserstraal (een krachtige bundel lichtdeeltjes) door een ruimte die is gevuld met een wolk rubidiumatomen die een temperatuur heeft die slechts enkele miljoensten graden boven van het absolute nulpunt (min 273 graden Celsius) ligt.

Normaal gesproken kan de laserstraal niet door die barrière heendringen omdat rubidium het licht absorbeert. Maar wanneer onderzoekers de gaswolk tegelijkertijd belichten met een tweede laserstraal van een iets andere frequentie als hulpmiddel, wordt de rubidiumwolk wel lichtdoorlatend. Op het moment dat de hulpstraal stopt, blijft het licht van de eerste laser gevangen in de gaswolk. Wanneer de hulplaser opnieuw zijn licht uitzendt in de met rubidium gevulde ruimte, vervolgt de opgeslagen straal zijn weg.

Wetenschappers van de Amerikaanse Harvard University publiceren hun vinding deze week in de wetenschappelijke tijdschriften Nature en Physical Review Letters.

Regenboog
De lichtsnelheid is niet constant. Bij het passeren van stoffen als water en glas, neemt de snelheid met een fractie af. De afname veroorzaakt buiging van het licht, die het mogelijk maakt dat een prisma licht ontrafelt in de kleuren van de regenboog en een lens een beeld kan vergroten. De afname van de lichtsnelheid in water is volgens de wetenschappers van een andere orde dan de afremming van het licht door rubidiumatomen. De gaswolk dimt het licht, zodat de intensiteit sterk afneemt.

Twee jaar geleden lukte het de Amerikaanse onderzoekers al om licht af te remmen tot een snelheid van 60 kilometer per uur, een fractie van de enorme snelheid die licht normaal gesproken heeft. Door een laserstraal te leiden door een wolk extreem afgekoelde natriumatomen, lukte het de natuurkundigen vorig jaar om die snelheid terug te brengen tot 1,6 kilometer per uur.

Veilige communicatie
Een lichtbundel stoppen en uitzenden op elk gewenst tijdstip brengt de ontwikkeling van snellere computers en veilige communicatie dichterbij. Wetenschappers dromen over een kwantumcomputer, die zijn informatie opslaat in de vorm van kwantumbits (qubits) en zeer veel bewerkingen tegelijkertijd kan uitvoeren. In plaats van elektrische stroompjes zijn het in de kwantumcomputer afzonderlijke lichtdeeltjes (fotonen) of elektronen die de informatie in zich bergen. Om zo'n computer te ontwikkelen is het nodig lichtdeeltjes te kunnen opslaan.