08.02.2007 - Physik

Wie man einen Laserpuls verschwinden und wiederaufleben lassen kann

Amerikanische Physiker haben das Licht eines Lasers in einem extrem kalten Medium gestoppt, gespeichert und dann in einer Entfernung von einem zehntel Millimeter wieder aus einem weiteren Medium austreten lassen. Damit konnten die Forscher um Naomi Ginsberg eines der Grundprinzipien der Quantenphysik im Experiment demonstrieren: die so genannte Ununterscheidbarkeit, nach der einander gleiche Teilchen wie Atome oder Elektronen sich nicht einzeln charakterisieren lassen, sondern immer nur in der Gesamtheit aller vorhandenen Teilchen beschrieben werden können, da sie auch über gewisse Entfernungen aneinander gekoppelt sind. Durch diese Kopplung übertrug sich die Information des Laserimpulses vom einen Medium auf das andere, obwohl beide nach quantenphysikalischen Maßstäben weit voneinander entfernt waren.

Als Speichermedium für das Laserlicht diente den Wissenschaftlern ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat. Bei dieser extremen Erscheinungsform von Materie vereinen sich bei Temperaturen sehr nahe des absoluten Nullpunkts von minus 273,15 Grad Celsius alle Atome einer Substanz zu einer Art Superatom. Das bedeutet, dass sich die Atome sozusagen im Gleichschritt bewegen und überall in dem Medium die gleichen Bedingungen herrschen. In dieses Kondensat sandten die Forscher einen Laserimpuls, der den Takt dieses Gleichschritts beeinflusste. Die vom Laser übertragene Information war also auf das Bose-Einstein-Kondensat übertragen worden.

Bis dahin war der Ablauf der Experimente nichts Ungewöhnliches. Spannend für die Physiker war jedoch der zweite Teil des Experiments: Ginsberg und ihre Kollegen konnten nämlich Sekundenbruchteile später in einem zweiten, mehr als einen zehntel Millimeter entfernten Bose-Einstein-Kondensat den Laserimpuls wiederaufleben lassen. So sandte das zweite Kondensat einen Laserimpuls aus, der dem ersten exakt glich. Da das Kondensat aus demselben Typ von Atomen bestand, die Atome also von den Atomen des ersten Kondensats prinzipiell nicht unterscheidbar und damit auch aneinander gekoppelt waren, gelangt die Information des Laserimpulses vom einen Medium zum anderen.

Die Wissenschaftler sehen in ihrem Experiment nicht nur eine Spielerei oder die Demonstration quantenphysikalischer Prinzipien, sondern auch praktische Anwendungen: Quanteneffekte könnten einmal bei der Übertragung verschlüsselter Daten eingesetzt werden. Auch könnten mithilfe von Bose-Einstein-Kondensatoren hochempfindliche Messgeräte gebaut werden, um beispielsweise die Gravitationskraft zu messen.


Naomi Ginsberg (Harvard-Universität, Cambridge) et al.: Nature, Bd. 445, S. 623

ddp/wissenschaft.de – Ulrich Dewald