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光速被"降服" 人类首次成功让光停止传播60秒

http://www.kexue.com 2013-08-01 08:57:36 腾讯科学  发表评论


哈佛大学的科学家们此前已经成功将光“限速”,并再次恢复光的速度,但是哈佛的实验只将光速限制在千分之一秒内,光速被限制后仅为48公里每小时

  在爱因斯坦的相对论框架中,光速被认为是无法“超越”的,这个宇宙中的“极限速度”一直是科学家突破的目标,如果我们无法实现超光速运行,那么是否可以将光速减慢?来自德国达姆施塔特大学的研究人员成功将光“困”在晶体中长达60秒,该技术是实现并提高量子通信技术的关键一步。

  宇宙真空环境中传播速度最快的光也无法逃脱人类的控制,特殊的晶体介质将光的速度降低,并彻底让它“停止”,来自英国圣安德鲁斯大学科学家托马斯·克劳斯认为一分钟对于控制光速的实验而言已经是非常非常长了,这是一个重要的里程碑!

  哈佛大学的科学家们此前已经成功将光“限速”,并再次恢复光的速度,但是哈佛的实验只将光速限制在千分之一秒内,光速被限制后仅为48公里每小时(38英里每小时)

  早在1999年,哈佛大学的物理学家Lene Vestergaard使用接近绝对零度的超流性气态原子云成功将一受控光束的速度降低至每秒17米,两年后将光速受控停止在一个时间区间内。光速是目前宇宙真空环境中的“极限速度”,爱因斯坦相对论不允许物体的运动速度超过光速,光的速度为每秒186,282英里,确切说只要1.2862秒就能抵达月球。

  为了使宇宙速度最快的光“停止”下来,德国科学家使用了一种被称为电磁感应透明效应(EIT)技术,通过量子相干效应使得光原子共振吸收频率上变得透明,在EIT形成的频谱上,只有一定频率范围内存在透明和不吸收的通道,因此德国科学家在设计实验过程中需要对光脉冲的频宽进行控制。事实上,电磁感应透明效应是三能级系统中量子干涉的结果,其光谱理论计算通常是利用基于原子密度矩阵的光学布拉赫方程式。

  在本次实验中,科学家将受控光速指向含有镨元素的硅酸钇晶体,通过控制激光束调节晶体的透明态和不透明态,使入射光束无法折射,最终在原子自旋的介入下控制光子携带的信息。此前也有相关实验将受控光速注入低温铷(87Rb)原子介质,达到降低光速的目的,利用偏极梯度冷却法和压缩式磁光陷阱增加受控原子团的密度。另外,哈佛–史密森天文物理中心也对该课题进行了研究,同样采用玻色–爱因斯坦凝聚体原子团将光子携带的信息冻结,速度开始降低,最终存储时间达到1毫秒,这些实验对量子通讯有着很大的意义。(Everett)

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