Das Licht für eine ganze Minute angehalten

Die Physik feiert, wie das Magazin „The New Scientist“ berichtet, einen ihrer bislang größten Erfolge: Die schnellste Erscheinung des Universums, das Licht, wurde für eine Minute zum kompletten Stillstand gebracht. Bei voller Geschwindigkeit würde es in diesem Zeitraum etwa 18 Millionen Kilometer zurücklegen – das sind mehr als 20 Fahrten zum Mond und zurück.

„Eine Minute ist extrem lange“, betont Thomas Krauss von der britischen St. Andrews-Universität. „Es ist wirklich ein Meilenstein gelungen.“

Das Kunststück könnte entscheidend dazu beitragen, die Funktionsfähigkeit von Quantenkommunikationen über weite Distanzen sicherzustellen.

Während sich Licht normalerweise mit 300 Millionen Metern pro Sekunde im Vakuum fortbewegt, hatten Physiker 1999 geschafft, es auf lediglich 17 Meter abzubremsen. Zwei Jahre später vermochten sie es erstmals komplett anzuhalten, wenn auch nur für den Bruchteil einer Sekunde. Anfang 2013 war es gelungen, das Licht unter Verwendung kalter Atome für 16 Sekunden anzuhalten.

Um die volle Minute zu schaffen, feuerten Georg Heinze und seine Kollegen von der Technischen Universität Darmstadt einen Kontrolllaser auf einen lichtundurchlässigen Kristall und brachten dessen Atome in einen Quantenüberlagerung von zwei Zuständen. Dies machte das Licht für eine enge Reichweite von Frequenzen transparent. Heinzes Team hielt daraufhin einen zweiten Strahl an, der in den Kristall eindrang, indem man den ersten Laser und damit die Transparenz abschaltete.

Mit anderen Kristallen noch Steigerung möglich

Die Aufbewahrungszeit hängt von der Überlagerung des Kristalls ab. Ein Magnetfeld würde diese ausweiten, aber die Konfiguration des Kontrolllasers verkomplizieren. Heinzes Team hat einen Algorithmus verwendet, um Kombinationen von Magnet und Laser zu erzeugen, von denen eine es ihnen ermöglichte, das Licht für eine Minute einzufangen.

Die Forscher verwendeten diese „Falle”, um ein dreistreifiges Bild festzuhalten und dann wieder zurückzuholen. „Wir haben gezeigt, dass man komplexe Informationen in einen Lichtstrahl hineinprägen kann“, so Heinze.

Man müsste in der Lage sein, Licht für einige Dutzend Sekunden zwischenzulagern, um einen Apparat schaffen zu können, der als Quantenregenerator bezeichnet wird und der es ermöglichen würde, Photonen, wie man sie in gesicherten Kommunikationen verwendet, anzuhalten und später wieder in Gang zu setzen – und so deren Quantenstatus über lange Distanzen erhalten zu können.

Mit anderen Kristallen wäre es sogar möglich, das Licht noch länger einzufangen, betont Heinze, allerdings habe das den Forschern zugängliche Material sein physikalisches Limit bald erreicht.