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.

Az atomnak sok különböző energiállapota van, a fénylassítás megértéséhez elegendő hárommal számolni.

Induljunk ki abból, hogy valamennyi lehűtött atom az alapállapotában van, a legkülső elektron a legalacsonyabb pályán kering, a két iránytű egymással ellentétes irányba mutat. Nevezzük ezt 1 állapotnak. A 2 állapot nagyon hasonló, de az iránytűk (a spinek) azonos irányba mutatnak, ez kissé magasabb energiájú állapot. A 3 állapotban a legkülső elektron egy távolabbi pályán mozog.

A 3 és az 1 állapot energiájának különbsége 300 000-szer nagyobb a 2 és 1 állapot különbségénél. A 3 állapotból az 1 vagy a 2 állapotba visszatérő atom sugározza ki a nátriumlámpák jellegzetes sárga fényét. A lelassítandó, szondázó fénynyalábot hangoljuk az 1 és 3 állapot energiakülönbségére. Az atomok elnyelik a rájuk bocsátott fénynyalábot és az 1 állapotból a 3 állapotba ugranak. Rövid idő után fénykibocsátással visszatérnek eredeti alapállapotukba. Az atomok a fényt a tér minden irányába szanaszét sugározzák, így az eredeti fényimpulzus információtartalma elveszett, csak a sárga szín maradt meg.

A fényelnyelés ellen egy 1990-ben felfedezett jelenséget vetnek be. Megfelelően választott frekvenciájú újabb lézernyalábbal egy atomfelhő a fény számára átláthatatlan falból üvegként átlátszó közeggé alakítható. Ezt a fényáteresztést változtató, ún. csatoló- vagy segédnyalábot a 2 és 3 állapot közti energiakülönbségre hangolják. A két különböző frekvenciájú nyaláb között kvantuminterferencia lép fel, ún. "sötét állapot" alakul ki. Ebben az atomok nem tudják elnyelni a lézerfényt, sötétben maradnak, átlátszóvá válnak a fény számára.