Wenn Materie mit Lichtteilchen wechselwirkt, dann sprechen Physiker von „bekleideten“ Atomen. Jetzt ist es Forschern gelungen, mithilfe maßgeschneiderter Laserpulse solche Bekleidungszustände aktiv zu manipulieren und schnell hin- und herzuschalten. Angewendet werden könnte dies unter anderem für optische Speicher oder Quantencomputer.
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Alles, was wir mit unseren Augen wahrnehmen können, beruht auf einer physikalischen Wechselwirkung von Licht und Materie. Dass Licht auf Materie trifft, ist ein allgegenwärtiger und scheinbar alltäglicher Vorgang. Im hochintensiven Laserlicht besitzt diese Wechselwirkung jedoch höchst ungewöhnliche Eigenschaften, die man nur im Labor beobachten kann.
Physiker beschreiben diese Eigenschaften mit Hilfe der so genannten „bekleideten Zustände“. Dahinter steht die Vorstellung, dass die Materie mit Photonen – den Lichtteilchen – so stark wechselwirkt, dass beide nur noch gemeinsam als „mit Licht bekleidete Teilchen“ beschrieben werden können. Bekleidete Zustände sind bereits länger bekannt.
Neu ist jedoch, dass es den Physikern Tim Bayer, Matthias Wollenhaupt, Cristian Sarpe-Tudoran und Thomas Baumert von der Universität Kassel im Experiment gelungen ist, die Form ihrer intensiven Laserpulse derart kunstvoll maßzuschneidern, dass sie diese bekleideten Zuständen aktiv manipulieren und innerhalb Billiardstel Sekunden hin- und herschalten können.
Dieser Schaltprozess ist zudem unempfindlich, das heißt robust gegenüber Störungen und hocheffizient. Dies sind Eigenschaften, die für moderne optische Messverfahren bis hin zum Quantencomputer dringend benötigt werden.
Diese Arbeit mit dem Titel „Robust Photon Locking“ ist kürzlich in der Januarausgabe der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters erschienen. Weil in dieser Arbeit ein grundlegendes physikalisches Modellsystem untersucht wurde, könnte der Trick mit dem maßgeschneiderten Licht auch für andere Anwendungen wie zum Beispiel der medizinischen Kernspinresonanz (MRT) genutzt werden.
(Universität Kassel, 10.02.2009 – NPO)
