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)