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Gebremstes Licht

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  • Gebremstes Licht

    Am Wochenende lief auf BRα eine Sendung (Max-Q), in der es um das Abbremsen von Licht ging. Es wurde gesagt, dass man Na-Atome auf 1/1.000.000.000° über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt und mit einem wohldefinierten Laser mit einer bestimmten Frequenz bestrahlt hat, wodurch ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat entstand, das als "Bremsmittel" für das Licht fungieren soll. Quasi eine Art Lichtfalle. Die Natriumatome verklumpen dabei zu einer kalten, opaken Wolke, die nur Licht einer bestimmten Wellenlänge hindurchlässt. Schickt man dort nun einen 2. Laserstrahl mit genau dieser Wellenlänge hindurch, so werden die darin enthaltenen Photonen auf 50 km/h abgebremst, sind also langsamer, als ein Auto.

    Ich habe mich daraufhin im Internet umgeschaut und folgenden Artikel gefunden, den ich aus dem Englischen übersetzt habe:
    Langsames Licht für den Rest von uns
    29. Juni 1999
    Licht zu bremsen könnte einfacher sein, als Sie denken. Die Physiker, die kürzlich ein Lichtsignal auf eisige 17 m/s herabbremsten, indem sie einen exotischen Materiezustand, bekannt als Bose-Einstein Condensate (BEC), benutzten erhielten enorme Aufmerksamkeit, doch jetzt zeigt ein Wissenschaftsteam, wie man Licht billig verlangsamt. Sie zeigen, dass einfaches Gas aus erhitzten Rubidium-Atomen die Lichtsignale fast ebenso gut bremsen kann, auf 90 m/s – mehr als eine Millionen mal langsamer, als Licht im Vakuum oder in der Luft. Die neue Methode dürfte ein größeres Spektrum an weiterführenden Optik-Experimenten durchführbar machen und könnte auch für Geräte hilfreich sein. George Welch von der Texas A&M University in College Station sagt, er habe "Ehrfurcht" vor dem jüngsten Experiment, "aber die meisten Wissenschaftler können kein BEC in ihren Labors herstellen, dazu benötigt man eine mehrere hunderttausend Dollar teure Ausrüstung." Er und seine Kollegen stellten fest, dass die Basistechnologie, bekannt als Elektromagnetisch Induzierte Transparenz (EIT), soweit optimiert werden könnte, dass sie auch mit einem weniger teuren Setup läuft. Bei EIT verändert ein Laser den Quantenzustand in einer opaken Atomwolke und macht sie für einen schmalen Bereich von Wellenlängen transparent. Laut elektromagnetischer Theorie bringt dieses schmale Übertragungsband einen direkten Nachweis für den Brechungsindex, der stark von der Wellenlänge abhängt, wobei er in einem Niedrigdruck Gas nicht unbedingt weit vom Vakuumwert abweichen muss. (Der Brechungsindex gibt die "Phasengeschwindigkeit" – die Geschwindigkeit, mit der sich Sine-Wave Lichtstrahlen ausbreiten.) Vor einigen Jahren zeigten Forscher, dass die wellenlängenabhängige Phasengeschwindigkeit die "Gruppengeschwindigkeit" – die Geschwindigkeit, mit der Energie und alle Signale reisen – des Lichts die um mehr als das 100fache Verlangsamung verursacht. Welch und seine Kollegen wussten, dass durch eine Verengung des Transmissionsbandes in ihrem erhitzten Rubidium Gas das Licht sogar noch dramatischer verlangsamt werden würde. Die Gruppengeschwindigkeit ging auf 90 m/s herunter – langsamer, als viele propellerbetriebene Flugzeuge – so dass ein Lichtimpuls 1/4 ms für die 1 Inch lange Gaszelle brauchte, anstatt im Bruchteil einer Nanosekunde hindurch zu sausen. Welch glaubt, dass die lange Beeinflussungsdauer zwischen Licht und Atomen zu extrem empfindlichen Experimenten in nichtlinearer Optik führen kann, wo eine Messung von mit Materie interagierendem Licht normalerweise sehr hochintensive Laser benötigen. Obwohl ein BEC Lichtsignale noch weiter verlangsamen kann, als ein Rubidium Gas, ist die gesamte Beeinflussungsdauer mit dem BEC geringer – zumindest mit der derzeitigen Technologie – weil es ein geringeres Volumen einnimmt. Viele Forscher auf diesem Gebiet dachten, dass kalte Atome, wie die in einem BEC, nötig seien, um so geringe Gruppengeschwindigkeiten zu erreichen, sagt Atac Imamoglu von der University of California in Santa Barbara, aber "dieses Paper zeigt klar, dass dies nicht der Fall ist." Unter den extremen Bedingungen dieses Experiments, kann ein einzelnes Photon von seinem normalen Verhalten abweichen und direkt mit einem anderen Photon interagieren, ein Prozess, wie Imamoglu sagt, der in einem Quantencomputer Anwendung finden könnte. Er glaubt, dass auch andere Anwendungen in der Entwicklung von Kommunikationssystemen möglich seien, die alleine mit Licht arbeiten, ohne dass man sie in elektrische Signale umwandeln muss. Lene Hau von der Harvard Univeristy, Teil des Teams, das kürzlich Licht in einem BEC abgebremst hat, führt an, dass obwohl heiße Gase leichter herzustellen sind, ein BEC das Licht noch um Größenordnungen stärker verlangsamen kann und so eine höhere Anpassungsfähigkeit an die geometrischen Anordnungen künftiger Experimente erlauben.
    Für das rot gehaltene fand ich keine passende Übersetzung. Das Original befindet sich auf http://focus.aps.org/v3/st37.html .

    Es soll sogar die Möglichkeiten dieses Phänomen bei Raumtemperatur ablaufen zu reproduzieren und sogar das Licht vollkommen anzuhalten, so Max-Q. Dabei speichert sich das Licht als Anregungszustand in der Materie und kann dort auch wieder abgegeben werden, wenn es die Forscher wollen.
    Für meine Königin, die so reich wäre, wenn es sie nicht gäbe ;)
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  • #2
    Sine-Wave muss hier imo mit Sinus-Schwingung übersetzt werden. Auch wenn die Verwendung in Geräten scheinbar noch weit weg ist, könnte es die Computer-Speicher-Technologie revolutionieren. Interessanter Artikel.

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    • #3
      Danke!

      Ja, ich fand den Artikel auch interessant. Nur leider kann man den Artikel vom Vortag nicht ohne Passwort öffnen, auf den im Original Bezug genommen wird.
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      • #4
        mal ne frage, was bringt dass auser vielleicht mal innner zukunft ne warpfeld barriere zu errichten?
        ich mein, wenn mann damit licht stoppen kann, breitet es sich ja nicht aus.

        dann muss mann es j gar net anmachen, das spart viel mehr endergie...

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        • #5
          Es geht ja nicht alleine darum. Man kann auf diese Weise - so merkwürdig es klingt, einen Computer schneller machen. Photonische Systeme arbeiten schneller, als elektronische und mit gebremsten Licht kann man die Informationen besser speichern.

          Beim Laser hat damals auch jeder gefragt, wofür der gut sein soll. Heute ist es eines der wichtigsten Hilfsmittel.
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          • #6
            Also kannmir jemand den Vorgang ein so erklären, dass auch ich ihn mit meiner paar Wochen Physik verstehen kann?



            Im vorzeitigen Ruhestand.

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            • #7
              Original geschrieben von Will Riker (aka Thomas Hill)
              Also kannmir jemand den Vorgang ein so erklären, dass auch ich ihn mit meiner paar Wochen Physik verstehen kann?
              Hm.... Ganz vereinfacht gesagt: Man errichtet ein System, mit dem man genz bestimmtes Licht verlangsamen kann. Der Vorgang insgesamt ist schon ein wenig heftig für jemanden, der gerade erst mit Physik anfängt... Die Beschreibung am Anfang des Threads sollte eigentlich einfach genug sein.
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              • #8
                hm also ich hab so ein jahr pysik jetzt, aber kapiers auch nicht...

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                • #9
                  Es geht ja nicht alleine darum. Man kann auf diese Weise - so merkwürdig es klingt, einen Computer schneller machen. Photonische Systeme arbeiten schneller, als elektronische und mit gebremsten Licht kann man die Informationen besser speichern.
                  Die photonische Computer sind schneller Theorie leuchtet mir ja noch ein.

                  Aber wie speichert man "gebremstes" Licht?
                  »We do sincerely hope you'll all enjoy the show, and please remember people, that no matter who you are, and what you do to live, thrive and survive, there are still some things that make us all the same. You, me, them, everybody!«

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                  • #10
                    Original geschrieben von Sternengucker
                    Die photonische Computer sind schneller Theorie leuchtet mir ja noch ein.

                    Aber wie speichert man "gebremstes" Licht?
                    Naja, man kann es ja anscheinend sogar anhalten, aber ich denke, das Speichern an sich funktioniert anders. Durch das Abbremsen ist die Interaktionszeit mit anderen Teilchen größer und auf die wird das ganze dann gespeichert, wenn ichs richtig verstanden hab. Im Moment ist hier nur noch der Nachteil, dass trotz größerer Geschwindigkeit nur kleinere Datenmengen gespeichert werden können.
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                    • #11
                      wenn ein Photon sich langsamer bewegt, sinkt doch auch sein Energiegehalt, oder?

                      Würde das nicht bei ZU extremer Abbremsung streng genommen bedeuten, daß die Aufzeichnung schwächer, bzw nicht so haltbar wäre wie bei schnellem Licht?

                      Wo ist der "gesunde Mittelweg"?

                      Und wie liest man interagierende Teilchen wieder aus? Das sind dann Einmalspeicher, da beim Auslesen die Information wieder vernichtet wird, oder hab ich da nen Denkfehler drinne?
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                      • #12
                        Original geschrieben von Sternengucker
                        wenn ein Photon sich langsamer bewegt, sinkt doch auch sein Energiegehalt, oder?

                        Würde das nicht bei ZU extremer Abbremsung streng genommen bedeuten, daß die Aufzeichnung schwächer, bzw nicht so haltbar wäre wie bei schnellem Licht?

                        Wo ist der "gesunde Mittelweg"?

                        Und wie liest man interagierende Teilchen wieder aus? Das sind dann Einmalspeicher, da beim Auslesen die Information wieder vernichtet wird, oder hab ich da nen Denkfehler drinne?
                        Die Energie geht nicht verloren. Kann sie ja auch gar nicht. Wenn ich das richtig verstanden habe, geht das Photon als ganzes in einen anderen Zustand über, sobald es anhält, dazwischen passiert aber auch nix. Es gibt ja auch andere Möglichkeiten Licht zu bremsen. In Wasser oder Festkörpern ist Licht ja auch langsamer. In einem Diamanten beispielsweise etwa 2,4 mal langsamer, als normal. Das ist bei weitem noch nicht so extrem, wie bei der hier vorgestellten Methode, hat aber auch keine "Abschwächung" zur Folge. Beim Diamanten führt es allerdings dazu, dass das Licht alleine beim geraden Durchlaufen in die Wellenlängen aufgetrennt wird, zumindest ganz leicht. Deshalb hat er ja auch das Feuer, dass an ihm so geschätzt wird.

                        Da in den BECs aber eh nur monochromatisches Licht eingesetzt wird - werden kann, tut sich da nix dergleichen. Wie gesagt, das einzige ist halt, dass die Photonen, da sie keine Ruhemasse besitzen, in einen anderen Zustand übergehen, sobald sie ganz angehalten werden.
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                        • #13
                          Zu der Thematik passt auch der folgende Artikel:

                          Forscher beamen erstmals Licht

                          US-Physiker haben Laserlicht in einer extrem kalten Substanz gestoppt, gespeichert und dann andernorts wieder austreten lassen. Der verblüffende Quanteneffekt könnte eines Tages zur Speicherung von Informationen genutzt werden.
                          Naja, das haben wir hier ja auch schon vor 4,5 Jahren besprochen. Der Spiegel ist halt etwas langsamer, als das SFF
                          Für meine Königin, die so reich wäre, wenn es sie nicht gäbe ;)
                          endars Katze sagt: “nur geradeaus” Rover Over
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                          • #14
                            und das fällt dir nach 5 jahren ein
                            "Eines Tages wird alles gut sein, das ist unsere Hoffnung. Heute ist alles in Ordnung, das ist unsere Illusion." Voltaire

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                            • #15
                              Das ist mir nicht jetzt eingefallen. Ich habe nur in einem anderen Forum eben diesen Link entdeckt und da wir hier schonmal darüber diskutiert hatten, hatte ich mir gedacht, das wäre doch mal die Gelegenheit, das neu aufzurollen.
                              Für meine Königin, die so reich wäre, wenn es sie nicht gäbe ;)
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