Quantenoptik

Wenn Eisen durchsichtig wird

12. Februar 2012, 19:30
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    foto: desy

    Die Vielfachbilder zweier Objekte zwischen zwei parallelen Spiegeln illustrieren das Prinzip der elektromagnetisch induzierten Transparenz von Atomkernen: Lässt man Röntgenstrahlen zusammen mit zwei Eisenschichten in so einem Spiegelsystem (Optischer Resonator) miteinander wechselwirken, so entsteht ein quantenmechanischer Überlagerungszustand aus dem Eisen und seinen Spiegelbildern, der die Atomkerne des Eisens durchsichtig erscheinen lässt.

Ein deutsches Forschungsteam konnte zeigen, dass Röntgenlicht Eisenatome ungehindert passieren kann

Hamburg - Atomkerne mit Hilfe von Röntgenlicht transparent zu machen, gelang einer Gruppe um Ralf Röhlsberger vom Forschungszentrum DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron). Sie entdeckten dabei gleichzeitig ein neues Prinzip, um einen optisch gesteuerten Schalter für Licht herzustellen, also Licht mit Licht zu beeinflussen - ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu leistungsfähigen Quantencomputern. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen "Nature"-Ausgabe publiziert.

Der Effekt der elektromagnetisch induzierten Transparenz (EIT) ist aus der Laserphysik bekannt. Durch die Einstrahlung von intensivem Laserlicht kann man ein normalerweise undurchsichtiges Material für Licht einer bestimmten Wellenlänge transparent machen. Dieser Effekt entsteht durch ein komplexes Wechselspiel des Lichtes mit der Elektronenhülle der Atome. Die Forscher konnten nun zeigen, dass es so einen Transparenzeffekt auch für Röntgenlicht gibt und dabei nur sehr geringe Lichtintensitäten gebraucht werden.

Experiment

Die Forscher platzierten für ihre Experimente zwei dünne Schichten von Eisen-57-Atomen (ein Isotop) in einem optischen Resonator, einer Anordnung zweier paralleler Platinspiegel, zwischen denen Röntgenlicht mehrfach hin und her reflektiert wird. Die beiden jeweils etwa drei Nanometer dicken Schichten von Eisen-57-Atomen wurden zwischen den beiden Platinspiegeln durch Kohlenstoff, der für Röntgenlicht der verwendeten Energie durchlässig ist, präzise in Position gehalten. Das so hergestellte Sandwich aus dünnen Schichten, das nur rund 50 Nanometer dick ist, beleuchteten die Forscher unter sehr kleinen Einfallswinkeln mit einem äußerst dünnen Röntgenstrahl der Synchrotronlichtquelle PETRA III.

Das Licht wird innerhalb dieses Spiegelsystems etliche Male hin- und her reflektiert und bildet eine stehende Welle, eine sogenannte Resonanz. Stehen die Wellenlänge des Lichts und die Abstände der beiden Eisenschichten in diesem optischen Resonator im richtigen Verhältnis zueinander, können die Forscher beobachten, dass das Eisen für das Röntgenlicht fast vollständig durchsichtig wird.

Erklärung

Die Forscher machen für diese Beobachtung einen quantenoptischen Effekt verantwortlich, der durch das Zusammenspiel der Atome in den Eisenschichten hervorgerufen wird: Anders als bei einzelnen Atomen absorbieren und strahlen hier die Atome einer Schicht gemeinsam im Ensemble. Die Schwingungen der Eisenatome in den beiden Schichten kompensieren sich dabei gegenseitig, so dass das eingestrahlte Licht ungehindert passieren kann: Das Eisen erscheint durchsichtig.

Zudem zeigte sich bei den Experimenten eine weitere Parallele zum EIT-Effekt: Das im optischen Resonator gefangene Licht breitete sich nur noch mit einer Geschwindigkeit von wenigen Metern pro Sekunde aus – normalerweise sind es knapp 300.000 Kilometer pro Sekunde. Wie langsam das Licht in diesem Fall wirklich wird, und ob man diesen Effekt ebenfalls wissenschaftlich nutzen kann, sollen Folgeexperimente klären. (red)

Kommentar posten
Posting 1 bis 25 von 43
1 2
Hugh G. Rection
00
13.2.2012, 23:08
Röntgenstrahlen,

durch Eisen? Tony Stark hat ein Problem.

Jeder hat das Recht auf meine Meinung
00
14.2.2012, 15:50

oder er muss sich beim Arzt nimmer ausziehen....

optischDick
00
13.2.2012, 21:18
faszinierend!

optischDick
00
13.2.2012, 21:18
faszinierendQ

Michael J. Fox
06
13.2.2012, 14:02

Sicher dass es nicht transparentes Aluminium ist???

Zitronengrasrisotto, rechtsdrehend gerührt
00
16.2.2012, 18:58

Daran habe ich auch sofort gedacht! :-D

SLG
03
13.2.2012, 18:55
;-)

Ich habe diesen Artikel nur in der Hoffnung auf einen Kommentar zu transparentem Aluminium geöffnet...

Irma la Douce
01
13.2.2012, 17:16
;-)))

Wolfgrrr
00
13.2.2012, 09:13
Geschwindigkeit von wenigen Metern pro Sekund

??? Wie ??? Ich dachte die Geschwindigkeit des Lichts ist unveränderbar, wenn man mal die Gravitation von schwarzen Löchern ausnimmt.

Leonardo Basil
00
13.2.2012, 15:16

wie schon einige vor mir geschrieben haben: c im Vakuum ist absolut. Dann allerdings auch in der nähe von schwarzen Löchern.

x12r13
00
15.2.2012, 10:55
Seltsame Sichtweise

Der Raum um ein schwarzes Loch hat keine definierte Krümmung. Die tatsächliche Situation hängt von Masseströmen und dem lokal vorherrschenden Gegendruck ab - eine Art "Atmosphäre"
Gedankenexperiment: Man befindet sich 20 cm vom Ereignishorizont entfernt (auf der Aussenseite). Ich nehme eine 50cm lange Schnur, am Ende ist eine 1kg schwere Eisenmasse befestigt. Die lässt man jetzt "reinhängen". Mit welcher Kraft muss ich die Schnur festhalten - wenn das schwarze loch sagen wir mal 1000 Sonnenmassen hat (nichtrotierend, ungeladen)?
Mit dem umgegehrten Gedankenexperiment ist es dann auch möglich Masse wieder aus dem schwarzen Loch rauszubekommen, was wiederum 2 andere Probleme bei der Modellvorstellung löst.

Leonardo Basil
00
16.2.2012, 20:06

Die Kugel bekommen Sie nicht mehr aus dem Loch heraus. Was da einmal drin ist ist weg. Selbst Information verschwindet in SLs. Wenn sie die Schnur, die wie ich annehme für das Gedankenexperiment unzerstörbar ist, nicht loslassen, werden Sie ebenfalls verschluckt.

Zhdophanti
00
16.2.2012, 14:20

Meiner Meinung nach würde das 1 kg im schwarzen Loch

30,5 Mio. kg wiegen

Die kritische Stimme
00
13.2.2012, 12:55
Wie bereits geschrieben

ist die Konstante nur die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Hier handelt es sich offenbar aber nicht um Licht, sondern um eine ständige Wechselwirkung zwischen Elektronen und Photonen. Das "Licht" ist also nur so schnell wie ein Elektronenstrom in Metall.

(Was sich beim Einschalten des elektrischen Licht so schnell bewegt, sind nicht die Elektronen, sondern nur der Impuls. Und hier ist die Impulsgeschwindigkeit nur etwa halb so schnell wie c.)

Pingu
00
13.2.2012, 13:54

Das halte ich für eine falsche Einschätzung.

So wie ich es beim darüberfliegen verstanden habe, haben sie aus einem 2-Niveau-System ein 3-Niveau-System gemacht, indem sie die beiden Platten an bestimmte Stellen (Knoten + Antiknoten) geben. Und das führt wiederum dazu, dass Absorption verhindert werden kann (wie bei der EIT).

Nerd Nr. 5
00
13.2.2012, 10:33

und Licht, dass durch Medien wie Glas strahlt
Die knapp 300.000 Kilometer pro Sekunde gelten für Vakuum.

Pingu
01
13.2.2012, 09:38

"We estimate group velocities in the range of 30ms^-1"

Es handelt sich also um die Gruppengeschwindigkeit. Die Phasengeschwindigkeit müsste weiterhin c entsprechen.
Welche der beiden man nun als "Geschwindigkeit des Lichts" ansieht, ist meiner Meinung nach eine philosophische Frage.

Pingu
00
13.2.2012, 13:34

Noch als Klarstellung: mit c meine ich c0/n, also die Lichtgeschwindigkeit im jeweiligen Medium.

Trurl
00
13.2.2012, 09:24

Nicht ganz. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist konstant und ein Maximalwert. In Materie ist die Lichtgeschwindigkeit generell geringer.

Leonardo Basil
10
13.2.2012, 15:15

anders, nicht unbedingt geringer. Es gibt Materialen in denen die Lichtgeschwindigkeit > c im Vakuum beträgt.

Trurl
01
13.2.2012, 15:29

Soweit ich verstanden habe eigentlich nicht, aber es gibt Beispiele bei denen sich manche Teilchen in einem Medium schneller bewegen können als die entsprechende Lichtgeschwindigkeit in demselben Medium (siehe auch Tscherenkow-Strahlung), aber nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Pingu
00
13.2.2012, 17:46

Wenn man die Gruppengeschwindigkeit als Lichtgeschwindigkeit interpretiert, kann diese größer sein als im Vakuum.

LCD
00
13.2.2012, 12:16

Maximalwert ist es nicht. Das Licht kann durch feste Materialien tunneln und ist dabei schneller als 300.000 km/s

Trurl
00
13.2.2012, 12:42

In dem Fall kommt aber wohl auch wieder, wie "Pingu" oben erwähnt hat, die Gruppengeschwindigkeit zum Tragen und nicht die Phasengeschwindigkeit?

metbaron
01
13.2.2012, 15:41

man muss da unterscheiden: die Gruppengeschwindigkeit kann nicht höher als c0 (also die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum werden) - mit dieser Geschwindigkeit wird auch die Information der el.-mag. Welle übertragen.

Die Phasengeschwindigkeit kann irgendwas sein (auch höher als die Vakuumlichtgeschwindigkeit) - allerdings wird mit der Phasengeschw. keine Information übertragen und deshalb verletzt v(Ph) > c0 auch nicht die Kausalität.

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