Valon voi vangita natriumpilveen
Atomien liike voidaan lähes pysäyttää jäädyttämällä. Onnistuuko sama valolla, kun se kerran koostuu hiukkasista?
Tyhjiössä valon nopeus on 299?792?458 metriä sekunnissa. Kun valo kulkee jonkin aineen, esimerkiksi lasin, läpi, sen nopeus hidastuu hieman. Hidastuminen johtuu siitä, että väliaineen atomit hajottavat valoa eikä se pääse kulkemaan suoraan. Väliaineessa valon nopeus voi jopa puolittua. Yhdysvalloissa Harvardin yliopistossa työskentelevä tanskalaisfyysikko Lene Hau onnistui vuonna 1998 ensin hidastamaan valon kulkua merkittävästi ja vuonna 2001 pysäyttämään sen kokonaan. Haun johtama tutkijaryhmä käytti kokeissaan laservalon pysäyttämiseen jäähdytettyä natriumatomipilveä. Natriumatomipilven lämpötila oli alle miljoonasosa-asteen päässä absoluuttisesta nollapisteestä, ?273,15 asteesta, eli alimmasta mahdollisesta lämpötilasta. Absoluuttisessa nollapisteessä atomien liike lakkaa kokonaan, mutta käytännössä sitä on mahdotonta saavuttaa. Jotta valo saatiin ohjattua normaalisti läpinäkymättömään pilveen, sen atomit piti ensin virittää toisella laserilla sellaiseen olotilaan, että valo ylipäänsä pääsi pilven sisään. Valo koostuu fotoneista, jotka ovat massattomia hiukkasia. Kun fotonit pääsivät kylmään natriumatomipilveen, niitä ympäröivät atomit sitoutuivat niihin. Tällöin atomien massan paino hidasti fotonien nopeutta huomattavasti. Tilannetta voisi verrata ihmiseen, joka yrittäisi juosta lyijyreppu selässä. Erittäin kylmät laserilla viritetyt atomit muodostivat optisilta ominaisuuksiltaan hyvin mielenkiintoisen aineen. Kun valonsäde osui pilveen, sen vauhti hidastui nopeasti ja se lyheni, kun pilven ulkopuolelta tulevat fotonit ”törmäsivät” jo pilven hidastamiin fotoneihin. Laserista lähtenyt kilometrien mittainen valonsäde kutistui vain muutaman millimetrin sadasosan mittaiseksi. Natriumatomipilvessä valonsäteen vauhti hidastui jopa 17 metriin sekunnissa. Heti, kun valo läpäisi pilven, fotonien vauhti kiihtyi jälleen normaaliin lähes 300?000 kilometrin sekuntinopeuteen ja myös valonsäteen pituus kasvoi nopeasti entiselleen. Kun natriumatomeja virittävä laser suljettiin valonsäteen päästyä pilveen, pilvi muuttui taas läpinäkymät-tömäksi ja valo jäi pilven vangiksi. Fotonit imeytyivät atomeihin, joihin jäi ikään kuin jälki valonsäteestä. Kun atomit tämän jälkeen viritettiin laserilla uudelleen, niiden tallentama informaatio vapautui. Valonsäde muodostui uudelleen ja poistui pilvestä.
Lue lisää siitä, miten valon nopeus keksittiin.