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让光停下脚步:德国科学家创造历史

导读: 科学家们试图让光放慢脚步,甚至停止,在量子级别上控制并利用光。在2013年7月,德国达姆施塔特大学研究人员创造了历史,他们让光停留了整整60秒。

  ——光,如果我们不对这个词作任何解释,每个人都会认为自己对其非常熟悉,对这个“看得到却摸不着”的东西甚至可以说出很多理论,比如:光在真空中的传播速度最快;光速是自然界物体运动的最大速度……。不过,当我们再具体一些去了解光的波粒二象性,有些人就难免开始糊涂了。

  人类应用光的历史是从驱逐黑暗开始的,在漫长的发展中,利用光的波动特性(波动光学),我们已经实现了很多应用,同时推动着社会的飞速发展。但是,光的粒子性虽然已经被科学家所认识,但在应用领域中还属于未开发的状态。

  利用之前,要先控制。因此,科学家们试图让光放慢脚步,甚至停止,在量子级别上控制并利用光。在2013年7月,德国达姆施塔特大学研究人员创造了历史,他们让光停留了整整60秒。

  从16秒到60秒

  1999年,哈佛大学研究人员曾让光速降至每秒仅17米,并在2001年,设法让光停住,但仅仅停留了几分之一秒。就在今年年初,美国佐治亚理工学院研究人员让光停留了16秒。几个月后,德国研究人员将这个时间延长至60秒。

  德国达姆施塔特大学应用物理学院量子光学研究组教授托马斯·霍夫曼(Thomas Halfmann)在接受笔者的邮件采访时描述了实验过程。

  研究人员首先利用控制光脉冲改变了作为介质的不透明晶体的特性。在这儿可以复习一下波尔的原子理论:电子以不同的能量级围绕原子核做圆周运动,离原子核越远,能量越高,而能量级由原子中的电场决定。当研究人员控制激光打到晶体上时,激光的电场就会改变晶体中原子的电场,随之就会改变原子的能量级。

  随着能量级的改变,晶体原子的折射率发生了改变,也就改变了光在其中的传播速度。这可以简单地与光在不同介质中传播速度的快慢来比拟。空气、水、玻璃的折射率依次增加,光在其中的传播速度依次递减。实际上,研究人员也一直在利用这一特点改变光的速度,直到使其停留。

  这种方法就是电磁感应透明效应(EIT)。

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