Dansk topforsker: Nu kan vi gemme lys i et halvt minut
Som den første i verden har hun bremset lyset. Nu kan den danske topforsker Lene Hau også gemme lyspulser og flytte rundt på dem i op til et halvt minut.

Danske Lene Hau er professor ved det prestigefyldte Harvard University i USA. Torsdag holdt hun årets såkaldte H.C.A-forelæsning på Syddansk Universitet - en tale, som hvert år holdes af kendte forskere. (Foto: Lars Skaaning)

I 1999 lykkedes det fysikeren Lene Hau at bremse det hurtigste, vi kender til – lyset.

Præstationen gjorde nærmest den østjyske forsker verdensberømt, men siden da har Lene Hau langt fra hvilet på laurbærrene.

I dag kan den danske Harvard-professor nemlig både standse lyset, gemme et aftryk af det, flytte rundt på det og få lyset til at genopstå fra aftrykket.

I hendes nyeste eksperimenter kan Lene Hau tilmed flytte rundt på lyset i op til et halvt minut ad gangen, fortæller hun i et interview med Videnskab.dk.

»I vores første forsøg for et par år siden kunne vi gøre det i millisekunder. Siden har vi fået det op til sekunder og endda op til et halvt minut. Vi kan holde fast på lyset, flytte rundt på det eller lægge det på hylden. Og så kan vi faktisk også manipulere med det,« siger Lene Hau, som er professor ved det amerikanske Harvard  University.

Lysets hastighed får en ny mening

Det kan lyde utroligt, at lys, som normalt bevæger sig med hastigheder omkring 300.000 kilometer i sekundet, kan standses og pakkes sammen.

Det har da også krævet mange års forskerarbejde og et sindrigt system af lasere, isnende kolde atomer og andre instrumenter at blive i stand til at tæmme det hurtige lys.

En af hemmelighederne bag Lene Haus magt over lyspulser er et såkaldt Bose-Einstein-kondensat – en gas af atomer, som køles ned til ekstremt lave temperaturer helt tæt på det absolutte nulpunkt (minus 273.15 graders Celcius).

Det absolutte nulpunkt er defineret som en tilstand, hvor et stof ikke længere besidder nogen varmeenergi, og dermed holder atomerne i stoffet op med at bevæge sig.

Fysikteorien siger, at det ikke er muligt at nå helt ned til det absolutte nulpunkt, men i Lene Haus Bose-Einstein-kondensat er hun ufatteligt tæt på.

»Temperaturen er nede på omkring en milliardtedel grad over det absolutte nulpunkt,« fortæller Lene Hau.

Lyset sammenpresses fuldstændigt

Det er netop inde i det iskolde Bose-Einstein-kondensat, at Lene Hau kan opbremse og standse lyset. Hun belyser kondensatet med en særlig laser – en koblingslaser – og sender en lyspuls (en lysstråle) ind i den isnende kulde.

»Vi har et Bose-Einstein-kondensat, vi har vores koblingslaser, der belyser det, og så har vi en lyspuls, der kommer ind. Og lyspulsen bliver så nedbremset, som vi ved fra tidligere. Og samtidig med den bliver nedbremset, så bliver den sammenpresset,« siger Lene Hau.

Hun forklarer, at lyspulsen faktisk bliver sammenpresset så meget, at den går fra at være en kilometer lang til at være kun 0,02 millimeter.

Fakta

Blå Bog Lene Hau

Lene Vestergaard Hau, (født 1959) er en dansk fysiker, uddannet ved Aarhus Universitet.

Siden 1989 har hun været tilknyttet Harvard University, USA, hvor hun i dag er professor og leder af ’Hau Lab’.

Hau blev kendt i en bred offentlighed, da hun i 1999 nedsatte lysets udbredelseshastighed til 17 meter i sekundet inde i en ultrakold atomar gas (et Bose-Einstein-kondensat).

I 2001 lykkedes det hende at nedbremse en lyspuls fuldstændigt i et Bose-Einstein-kondensat.

I 2007 ryddede Lene Haus forskningsgruppe forsiden af tidsskriftet Nature, da det lykkedes dem at gemme lys i stof (inde i Bose-Einstein-kondensatet) og derefter få lyset til at genopstå i en kopi - cirka to tiendedele af en millimeter væk.

Dengang kunne forskningsgruppen flytte rundt på lyset i få millisekunder, men i dag kan de gøre det i op til et halvt minut.

Kilder: Den Store Danske, Harvard University og Lene Hau

»Denne her sammenpressede lyspuls vil nu være inde i Bose-Einstein-kondensatet. Og når vi så blokerer for koblingslaseren, går lyspulsen i stå og slukker for sig selv. Men der vil stadig være et aftryk af lyspulsen i atomskyen, fordi lyspulsen vil ændre de indre tilstande i atomerne,« forklarer Lene Hau.

En afstøbning af lyset

Med andre ord kan Lene Hau altså skabe en afstøbning af lyset i rigtigt stof. Og ved hjælp af en sådan afstøbning kan hun gemme på sin lyspuls og endda flytte rundt på den i op til et halvt minut ad gangen.

»Aftrykket af lyspulsen sidder i atomskyen – i kondensatet. Og der kan vi få det lille aftryk til at flytte sig ud i frit rum – ud af kondensatet.«

»Så nu kan vi altså bremse, standse og fragte rundt på lys og få det til at genopstå et helt nyt sted i en kopi,« forklarer Lene Hau.

I fremtiden vil det måske blive muligt for Lene Hau at pakke en afstøbning af lyset ned i sin kuffert i Boston, tage den med i flyveren til Danmark og få lyset til at genopstå i en kopi. Når lyset skal genopstå, bestråler Lene Hau aftrykket af det med en laser i et nyt Bose-Einstein-kondensat, og på den måde får hun en ny lyspuls med præcis samme egenskaber som den oprindelige lyspuls til at opstå, forklarer hun.

Nu manipulerer hun også med lyset

Ud over at flytte rundt med stofafstøbningen af lyset, kan Lene Hau også lave om på den – altså manipulere med aftrykket af lyset.

»De ændringer vi laver i stofkopien (afstøbningen af lyset, red.) vil være i lyspulsen, når vi laver det om til lys igen. Så det er ikke bare en måde at lagre lys på, men også at manipulere med det.«

»Man kan massere lyset, så det får en anden facon, og når lyset så genopstår, vil de ændringer, vi lavede i stofkopien, være i lyspulsen,« forklarer Lene Hau.

Hvordan kan man manipulere med lyspulsen? Kan man for eksempel ændre på lysets farve? 

»I princippet vil man kunne skifte farve på lyset ja, men det er nok en vigtigere ting for informationsbehandling, at man kan ændre faconen på lyspulsen, så man får en anden amplitudevariation eller man kan skifte fasen på den,« fortæller Lene Hau.

Hvad kan man bruge al denne her opbremsning og manipulation med lyset til?

»Det, vi er gået efter, er grundforskning og at komme ind og lære om nye områder af naturen. På længere sigt kan der måske være en virkelig anvendelse af det. Jeg tror, at vil kunne anvendes inden for sådan noget som informationsbehandling – både når det gælder klassisk- og kvanteinformation,« siger Lene Hau.

Dermed kan tæmningen af lyset altså måske vise sig at blive et skridt på vejen mod fremtidens kvantecomputere – en ny form for computere, som forskere regner med vil blive nutidens computere fuldstændigt overlegne.

Lene Hau var inviteret til Danmark af Syddansk Universitet, hvor hun torsdag var taler ved universitets årlige HCA-forelæsning– et åbent og gratis foredrag, hvor kendte forskere beretter om deres forskning.