Sunday Science: Остановленный Свет

В 1999-м году, спустя много лет практики, Лина Хау научилась ездить на велосипеде со скоростью света. Нет, она не профессиональный гонщик, она физик в Гарвардском Университете. Однако она добилась своего умения не благодаря тому, что крутила педали быстрее, вместо этого она смогла замедлить свет до поразительных 60 километров в час. В этом же году она осуществила невероятное – она остановила свет.

Как вам известно, свет движется... со скоростью света – самой быстрой из возможных, по крайне мере по мнению Эйнштейна. Эта скорость составляет 300 миллионов метров в секунду – но это работает только в вакууме. Когда свет движется через субстанцию, то его скорость замедляется. К примеру, в воде свет движется со скоростью 225 миллионов метров в секунду.

Лина Хау всегда знала об этом, однако никогда не ожидала, что сможет побить рекорд по замедлению скорости. Она выросла в Дании, где и получила степень доктора наук в Университете Аргус, изучая физику твердых веществ. После выпуска, она получила стипендию от фонда Карлсберг на обучение за рубежом. Она посещала различные университеты в США, наблюдая за их программами изучения физики, в частности ее заинтересовал Роулендский Институт Науки. Как только она приехала, то сразу занялась новым проектом – поиском нового состояния материи известного под названием Конденсат Бозе-Эйнштейна.

Когда атомы охлаждаются до экстремальной температуры – всего на пару миллионных выше абсолютного нуля, то они теряют свои индивидуальные свойства и сливаются вместе. При достаточно низких температурах, набор атомов может вести себя как один супер-атом. Этот набор атомов и называется Конденсатом Бозе-Эйнштейна, в честь тех физиков, которые предсказали его существование в 1924-м году. "Мне было интересно узнать, что это за состояние материи," говорит Лина.

В 1997-м году, Хау и ее товарищи по проекту наконец смогли охладить атомы достаточно, чтобы получить Конденсат. Они стали первыми людьми в мире, достигшими этого.

После создания конденсата ученые стали рассматривать возможные методы применения. Они выяснили. что если они разомнут конденсат определенным образом при помощи лазерных лучей, то они смогут пропустить через него свет, хотя до этого он был непрозрачным. Так они выяснили, что конденсат способен замедлять свет гораздо эффективней, чем любой другой материал в мире.

Команда использовала электромагнит чтобы подвесить конденсат в форме сигары (длиной всего 0.2 миллиметра) в вакуумной камере. Сначала они осветили "сигару" со стороны при помощи специально настроенного лазера, после чего выстрелили лазерным импульсом по всей длинне "сигары". Импульс замедлился и скомпрессовался сразу как только достиг конденсата. Хау работала до глубоких ночей в течении года, пытаясь идеально настроить систему для замедления света. 

В Марте 1998-м года она стала первым человеком, который увидел то, как медленно может двигаться свет. Лина говорит, что тем же летом, когда она летела в Копенгаген, она подумала, что скорость самолета выше, чем скорость последних импульсов. Осенью того же года Хау замедлила свет до 60 километров в час. 

В этом году – спустя много лет исследований и опытов, группа Хау решила полностью остановить свет. В то время когда импульс света был скомпрессован и полностью находился в конденсате, команда на короткое время выключила дополнительный лазер. Это изменение заставило свет застрять в конденсате. Когда они включили лазер, импульс вышел с другой стороны. "Мы можем сохранить световой импульс в облаке на одну миллисекунду. Возможно это прозвучит слишком не долгосрочно, но в действительности это уже много – достаточно долго, чтобы свет в вакууме прошел 300 километров - и нет сомнения, что мы можем увеличить время сохранения."

Замедленный или остановленный свет однажды может пригодится в будущих компьютерах, где вместо электронов будут использоваться импульсы света. Так же, такой свет гипотетически можно использовать для симуляции черных дыр. "Медленный  свет имеет обширные возможности для применения," говорит Хау.