„Čarodejnica" z Harvardu

Autor: Dominik Katona | 17.5.2010 o 14:43 | (upravené 25.5.2010 o 23:08) Karma článku: 6,78 | Prečítané:  1698x

Najskôr spomalila svetlo na takú rýchlosť, akou sa ráno dopravujete autom do práce. O dva roky zase prišla s tým, že svetlo úplne zastavila. To jej už vynieslo jednak udelenie profesúry na Harvarde, jednak pol milióna USD z MacArthurovej nadácie na ľubovoľné použitie. Tentoraz profesorka fyziky Lene Vastergaard Hau objavila „kameň mudrcov" a zmenila svetlo na hmotu a vice versa! Opäť raz otriasla vedeckým presvedčením o povahe vecí v prírode.

 

Lene Vastergaard Hau

 

Ak je svetlo nútené prechádzať cez plyny, kvapaliny alebo cez priezračné tuhé látky, jeho rýchlosť n-krát poklesne. Písmenom n označujeme index lomu látky. Ten nie je oveľa väčší než 1, a tak rýchlosť svetla v akomkoľvek prostredí je fantasticky veľká. Napríklad vo vode klesne na ¾ pôvodnej hodnoty. Takmer všetci významní fyzici nástojili na tom, že svetlo sa šíri rýchlosťou 299.792.458 m/s (1.079.252.848,8 km/h) vo voľnom priestore a že to nemôže byť rýchlejšie alebo pomalšie. A preto správa, že sa podarilo svetlo v laboratóriu spomaliť viac než 10-milonkrát vyrazila dych. Hovorí sa, že „za všetkým hľadaj ženu", ale za niečím takým by ju hľadal zrejme málokto. Lene Hau, fyzička dánskeho pôvodu, v roku 1998 prvý raz v histórii spomalila svetlo na rýchlosť 17 m/s, teda na rýchlosť, ktorou dokáže levica zaútočiť na svoju korisť. Krátko potom dosiahla v obláčikoch ultra-studených atómov sodíka vo vákuu ešte väčšie spomalenie: svetlo by predbehol aj chodec.

spomalenie svetelného lúča v ultra-studenom zhluku atómov sodíka  vo vakuu

 

O dva roky zase prišla s tým, že svetlo tentoraz zastavila úplne. Následne dokázala zastavené svetlo  opäť prebudiť k životu. Pri tomto procese „sa svetlu neskrivil ani vlas na hlave". To jej už vynieslo jednak udelenie profesúry na Harvarde, jednak pol milióna amerických dolárov z MacArthurovej nadácie na ľubovoľné použitie.

Už ako profesorka aplikovanej fyziky prichádza tentoraz Hau so zázračným vylepšením. Spolu so svojím tímom necháva zmiznúť svetelný pulz v jednom studenom obláčiku atómov a potom zase objaviť sa v inom obláčiku v jeho susedstve. V tomto procese nejde o nič iné než o to, že sa jej darí meniť svetlo na hmotu a naopak hmotu na svetlo. Je to vôbec prvýkrát, čo nachádza veda spôsob, ako kontrolovať svetlo hmotou a obrátene. Väčšina vedcov si myslela, že sa to nikdy nepodarí. Niektorí kolegovia sa Hau pýtali: ,,Prečo sa snažíte o taký experiment, ktorý nemá šancu na úspech?"

 

svetlo vstupuje do obláčiku chlaných atómov sodíka (BEC)

 

svetlo sa spomalí na hmotu (excitovanú), začne sa  pomaly šíriť ako rázová vlna (meesenger atom pulse)

 

V tomto pokuse sa svetelný pulz v studenom obláčiku sodíkových atómov spomalil na rýchlosť bicykla. Skôr než experimentátori svetlo vypli, začalo vytvárať svoj ,,odtlačok" (messenger atom pulse) v atómoch sodíka. Potom Hau a jej asistenti premiestnili tento odtlačok do druhého obláčiku studených atómov. A verte - neverte, obláčiky sa vzájomne nedotýkali a žiadne svetlo medzi nimi neprechádzalo. Hau poznamenáva: ,,Tieto dva zhluky atómov sa nikdy predtým vzájomne nevideli."

Odtlačok sa medzi nimi pohyboval ako vlna rýchlosťou 200 m/h. Keby niekto pred nejakým časom povedal, že svetlo je možné preniesť z jedného miesta na druhé ,,potme", uverili by ste? A predsa je to skutočnosť. Svetlo sa vo vákuu prenáša vo forme neviditeľnej vlny! (niečo ako zazipovaný súbor).

 

vlnenie hmoty sa prenieslo do susedného zhluku atómov

postrčením pomocou laseru sa svetlo z  hmoty zase uvoľní a má všetky predošlé vlastnosti

 

V čase pokusu boli od seba obláčiky na 0,2 mm, čo je vzhľadom k ich veľkosti parameter predstavujúci obrovskú vzdialenosť. Aby vedci boli schopní svetlo zo susedného obláčiku opäť vypustiť, bolo ho treba trochu postrčiť. Urobili to laserovým pulzom. Po takomto zásahu sa svetlo z atómov opäť uvoľnilo, pričom malo všetky fyzikálne charakteristiky koherentného svetla, ktoré vošlo do prvého zhluku atómov (vrátane vlnovej dĺžky a doby trvania pulzu). Obnovené svetlo rýchlo nadobudlo zase svoju pôvodnú stratenú rýchlosť a ďalej sa šíri normálnou rýchlosťou 299.792.458 m/s, akoby sa nič nedialo.

Za tým všetkým stojí Bose-Einsteinov kondenzát. Vďaka nemu sa svetelný lúč dlhý kilometer vtesná do 50-tich mikrometrov. K Bose-Einsteinovmu kondenzátu dochádza, zjednodušene povedané, vtedy, keď sa častice ochladia na takú teplotu, že sa ich vlnové dĺžky začínajú rovnať dĺžkam rozstupov medzi nimi. V tomto okamihu sa okolo milióna ,,zmrazených atómov" správa ako kvantový objekt makroskopických rozmerov, teda kolektívne ako jedna superčastica. Prvýkrát bol stav BEC dosiahnutý až v r. 1995. Vedci úspešne realizovali magneticko-optickú pascu, zariadenie využívajúce princíp laserového ochladzovania, pri ktorom laserový lúč zamedzuje pohybu atómov. V roku 2003 obletela svet správa o novom rekorde: fyzikom z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) sa podarilo ochladiť plyn tvorený atómami sodíka na doteraz najnižšiu dosiahnutú teplotu na Zemi (a možno i v celom vesmíre): na teplotu neuveriteľných 450 pK (pikokelvinov), ktorá sa od absolútnej nuly líši menej než o jednu miliardinu stupňa.

 

schéma popisujúca priebeh experimentuBose-Einstein kondenzát

Svetlo, ktoré je neviditeľné, je schopné uchovať si neskutočne veľký objem informácií. Hau si je až stoicky istá, že siete využívajúce komunikáciu na princípe premeny svetla na hmotu a vice versa budú na dennom poriadku. No neuverili by ste to človekovi, ktorý pokoril svetlo, previedol  ho do hmoty a potom túto transformoval znova na koherentné vlnenie?!

 

 

 

 

VIDEO: Zastavené svetlo (anglicky)

 

 

Zjednotenie svetla a hmoty (anglicky)

 

 

 

Zdroje:

http://en.wikipedia.org/wiki/Lene_Hau

http://www.harvardscience.harvard.edu/engineering-technology/articles/light-and-matter-united-0

http://www.seas.harvard.edu/haulab/

http://news.harvard.edu/gazette/tag/stopping-light/

http://www.osel.cz/index.php?clanek=2445

http://referaty.atlas.sk/prirodne-vedy/fyzika-a-astronomia/40863/?print=1

Barančok D., Weiss M. . Quark. In: Spomalené a zastavené svetlo. ISSN 1335-4000, XI. ročník, číslo 5. 2005, s.10-11 .

 

 

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

PLUS

Najdlhšia bytovka na svete je vo Viedni a má meno po Marxovi. Je radosť v nej žiť

Nie je špinavá ani nebezpečná, hoci sú v nej sociálne byty. Nezamestnaní v nej bývajú vedľa profesorov.

PLUS

V kráľovstve polievok sa držková nevarí

Do niekoľkých hrncov naložili Bratislavčania svojho tvorivého ducha.


Už ste čítali?