Gebremstes Licht

Glasgow (Großbritannien) - Albert Einstein postulierte, dass sich Licht mit einer konstanten Geschwindigkeit von 299 792 458 Metern pro Sekunde im Vakuum ausbreitet. Doch in Materie wie Glasfasern oder photonischen Kristallen gilt das nicht und die Ausbreitung konnte schon auf bis zu 61 Kilometer pro Stunde abgebremst werden. Nun gelang es britischen Physikern erstmals, die Lichtteilchen sogar in Luft zu verlangsamen. Über diesen verblüffenden Effekt berichten sie in der Fachzeitschrift „Science“.

„Die Verzögerung von einigen Mikrometern bei einer Distanz von einem Meter ist klein, aber signifikant“, sagt Daniel Giovannini von der University of Glasgow. Für diese Messung entwickelte Giovannini mit seinen Kollegen einen komplexen Versuchsaufbau, mit dem sie die Gruppengeschwindigkeit einzelner Lichtteilchen, der Photonen, messen konnten. Vereinfacht handelte es sich dabei um eine einen Meter lange Rennstrecke, auf der verschiedene Lichtteilchen gegeneinander antraten. Bei diesem Wettlauf hinkte ein Photon gut sechs Mikrometer hinterher. Der Effekt war zu groß, um mit einem Messfehler erklärt werden zu können.

Für dieses Experiment erzeugten die Forscher ein Paar aus korrelierten Lichtteilchen, die beide die gleiche Wellenlänge hatten. Ein Photon gelangte direkt zu einem Detektor und erreichte diesen zum zuvor berechneten Zeitpunkt. Das zweite Photon musste zwar exakt die gleiche Strecke zurücklegen, passierte auf dem Weg jedoch eine optische Blende. Dadurch erhielt dieses Photon eine etwas veränderte räumliche Struktur, bei der eine Komponente des sogenannten Wellenvektors modifiziert wurde. Wegen dieser kleinen Veränderung erreichte es den Detektor etwas später.

Dieses Experiment belegt, dass die Geschwindigkeit von Lichtteilchen nicht nur von Wellenlänge und Ausbreitungsmedium abhängt, sondern auch von der eigenen Struktur. Konkrete Anwendungen für diesen Effekt gibt es bisher nicht. „Lichtgeschwindigkeit ist eine komplizierte Angelegenheit. Mit diesem Experiment wollten wir es besser verstehen“, sagt der Leiter der Arbeitsgruppe, Miles J. Padgett. So liefert es einen weiteren Baustein für ausgeklügelte Wellentheorien, die einen analogen Bremsseffekt auch für Schallwellen nahelegen. Im Widerspruch zu Einsteins Postulat der konstanten Lichtgeschwindigkeit im Vakuum steht dieser Versuch aber nicht.