Εξωτικός κρύσταλλος βάζει στοπ στο φως

Φυσικοί στη Γερμανία κατάφεραν να ακινητοποιήσουν το ταχύτερο πράγμα του Σύμπαντος και να το κρατήσουν αιχμάλωτο για το χρόνο-ρεκόρ των 60 δευτερολέπτων...
-ένα επίτευγμα που ίσως θα εξέπληττε τον Άινσταϊν και δεν αποκλείεται να έχει πρακτικές εφαρμογές στο μέλλον.

Ο πατέρας της θεωρίας της Σχετικότητας είχε υπολογίσει σωστά ότι το φως -όπως και οτιδήποτε άλλο στο Σύμπαν- δεν μπορεί να έχει ταχύτητα μεγαλύτερη από περίπου 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτα στο κενό. Ο Άινσταϊν όμως δεν είπε ότι το φως δεν μπορεί να κινηθεί πιο αργά.

Η ταχύτητα του φωτός μικρότερο μέσα σε υλικά

Για την ακρίβεια, η ταχύτητα είναι πάντα μικρότερη όταν το φως κινείται μέσα σε ένα οποιοδήποτε υλικό μέσο -μέσα στο γυαλί, για παράδειγμα, η ταχύτητα των φωτονίων μειώνεται κατά περίπου 40%.

Κανένα μέσο, όμως, δεν μπορεί να μειώσει την ταχύτητα του φωτός στο μηδέν. Το 1999, ωστόσο, ερευνητές του Χάρβαρντ κατάφεραν να επιβραδύνουν το φως στα 61 χιλιόμετρα την ώρα, και δύο χρόνια αργότερα μπόρεσαν να το σταματήσουν εντελώς, έστω και για μια στιγμή.

Αιχμαλωτίστηκε για 60 δευτερόλεπτα

Τώρα, ερευνητές στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Ντάρμσταντ δείχνουν ότι το φως μπορεί να αιχμαλωτιστεί για περισσότερο χρόνο, ως και 60 δευτερόλεπτα, χάρη σε μια πειραματική διάταξη που βασίζεται σε έναν κρύσταλλο και δύο δέσμες λέιζερ.

Το μυστικό είναι ότι ο κρύσταλλος, ένα υλικό που μοιάζει με γυαλί, γίνεται διαφανής για να απορροφήσει το εισερχόμενο φως, ενώ αμέσως μετά γίνεται αδιαφανής, οπότε το φως παγιδεύεται μέσα του.

Για την ακρίβεια, το φως μετατρέπεται σε ένα είδος κύματος που παραμένει αιχμάλωτο μέσα στον κρύσταλλο.

Κρύσταλλος με εξωτικά ιόντα

Ο κρύσταλλος αυτός περιέχει ιόντα (φορτισμένα άτομα) του εξωτικού στοιχείου πρασεοδύμιου. Χάρη στα ιόντα αυτά, ο κρύσταλλος γίνεται απότομα διαφανής όταν δεχθεί μια δέσμη λέιζερ, την οποία οι ερευνητές ονομάζουν δέσμη ελέγχου.

Μια δεύτερη δέσμη, η οποία πρόκειται να ακινητοποιηθεί, εισέρχεται στον διαφανή κρύσταλλο και επιβραδύνεται από τα ιόντα. Και αν η δέσμη ελέγχου σβήσει ενώ η δεύτερη δέσμη βρίσκεται μέσα στον κρύσταλλο, το φως παγιδεύεται.

Γίνεται «κύμα σπιν»

Ουσιαστικά το φως μετατρέπεται σε ένα είδος κύματος, ένα «κύμα σπιν», το οποίο διαδίδεται στα ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τα ιόντα.

Αυτό είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο επίτευγμα, δεδομένου ότι το κύμα σπιν μπορεί να επηρεαστεί από μια πληθώρα παραγόντων -αυτός εξάλλου είναι ο λόγος που το φως δεν παγιδεύεται για μεγάλα χρονικά διαστήματα και σταδιακά διαρρέει στο περιβάλλον.

Παρουσιάζοντας το πείραμά τους στην επιθεώρηση «Physical Review Letters», οι ερευνητές εκτιμούν πάντως ότι το φως είναι δυνατόν να μείνει «παγωμένο» για μεγαλύτερο διάστημα, ίσως και μια εβδομάδα.

Αξιοποίηση σε οπτικά συστήματα αποθήκευσης δεδομένων

Συσκευές που ακινητοποιούν το φως θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στο μέλλον σε οπτικά συστήματα αποθήκευσης δεδομένων.

Όπως γνωρίζουμε από τις οπτικές ίνες, το φως μπορεί να μεταφέρει πληροφορίες, οι οποίες θα παγιδεύονταν κι αυτές στον κρύσταλλο όταν το φως ακινητοποιείται.

Στο τελευταίο πείραμα, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποθηκεύσουν στον κρύσταλλο τις πληροφορίες που μετέφερε η εισερχόμενη δέσμη -μια απλή εικόνα με ρίγες- και να ανακτήσουν τις πληροφορίες αυτές ένα λεπτό αργότερα.

Επόμενος στόχος τους είναι αφενός να αιχμαλωτίσουν το φως για περισσότερο χρόνο, αφετέρου να αυξήσουν την ποσότητα πληροφορίας που μπορεί να αποθηκευτεί.

Και, αν οι προσπάθειες αποδώσουν, το αιχμάλωτο φως θα μπορούσε να γίνει βασικό εργαλείο για τα δίκτυα του μέλλοντος.