De lichtsnelheid is een universele natuurkundige constante die van vitaal belang is in verschillende aspecten van de fysica. Licht reist met een constante en eindige snelheid van 186.000 mijl per seconde. Maar wist je dat de lichtsnelheid kan worden gemanipuleerd?

In 1999 was Lene Hau, een natuurkundige uit Denemarken, de eerste die licht vertraagde tot 38 mijl per uur. Later kon ze het volledig stoppen, beheersen en verplaatsen.

Wie is Lene Hau?

Lene Vestergaard Hau, een natuurkundige geboren in Vejle, Denemarken, op 13 november 1959, is vooral bekend om haar werk met het vertragen en stoppen van licht. Ze studeerde af aan de Universiteit van Aarhus in Denemarken met een bachelordiploma in wiskunde, een masterdiploma in natuurkunde en een PhD. (Bron: Physics Today)

Lene Hau’s onderzoek naar de lichtsnelheid

Na jaren van inspanning beheerde Hau in 1999 de kunst om op de snelheid van het licht te fietsen. 

In plaats van sneller te fietsen, vertraagde ze het licht tot een verbazingwekkende 60 kilometer per uur, waarmee ze deze indrukwekkende prestatie leverde. Ze bereikte iets nog buitengewoonders: het stoppen van licht in zijn sporen.

Licht reist met 186.000 mijl per seconde. Hau wist dit, maar had nooit verwacht het record voor trage lichtsnelheid te breken. Ze begon kort daarna aan een nieuw onderzoeksproject: op zoek naar de Bose-Einstein‑condensaat, een gloednieuwe materietoestand.

Atomen zijn extreem gevoelig voor temperatuur; bij een paar miljoenste graad boven het absolute nulpunt verliezen ze hun individualiteit en versmelten ze.

Deze verzameling kan zich bij voldoende lage temperaturen gedragen als één superatoom; het wordt de Bose-Einstein‑condensaat genoemd, naar de twee natuurkundigen wiens onderzoek in 1924 het bestaan ervan voorspelde.

Ik was zo benieuwd hoe deze nieuwe materietoestand eruitzag. We waren ongelooflijk blij. We waren geslaagd.

Lene Vestergaard Hau, Physicist

De Bose-Einstein‑condensaat werd uiteindelijk gevormd in juni 1997 nadat Hau en haar collega's de atomen met succes hadden gekoeld.

Na de creatie begonnen Hau en haar medewerkers te zoeken naar toepassingen voor de condensaat. Ze ontdekten dat ze licht door de voorheen ondoorzichtige condensaat konden laten gaan door deze nauwkeurig te manipuleren met laserstralen. En ze realiseerden zich dat er nog nooit een materiaal was geïdentificeerd dat licht even efficiënt kon vertragen als de gemanipuleerde condensaat.

Met behulp van een elektromagneet werd een 0,2 millimeter lange sigaarvormige condensaat opgehangen in een vacuümkamer. Ze gebruikten een nauwkeurig gekalibreerde laserstraal om de sigaar van de zijkant te belichten voordat ze een puls laserlicht langs de lange as afvuurden.

Zodra de puls de aangepaste condensaat raakte, vertraagde hij en werd samengedrukt. Een jaar lang werkte Hau ’s nachts in het laboratorium om haar testtechniek voor het vertragen van licht te verfijnen. Ze begon het vertragen van het licht eindelijk op te merken in maart 1998.

Ik dacht, ‘goh, jij bent de eerste die licht zo langzaam ziet gaan.

Lene Vestergaard Hau, natuurkundige

Ze ontdekte dat ze sneller bewoog dan haar lichtstralen toen ze die zomer een vlucht naar Kopenhagen nam. Ze publiceerde haar bevindingen die herfst toen ze erin slaagde het licht te laten bewegen met het tempo van een fiets.

Haar team heeft hun onderzoek dit jaar vooruitgebracht door met succes al het licht te stoppen binnen een Bose‑Einstein‑condensaat. De wetenschappers schakelden de koppellaser onmiddellijk uit zodra de lichtpuls volledig was samengeperst en gevangen in het condensaat. Het licht werd daarna binnenin opgesloten. De oorspronkelijke lichtpuls kwam aan de andere kant weer tevoorschijn toen ze de koppellaser weer inschakelden. (Bron: Physics Central)