Einzelnes Atom als Lichtdimmer

Transparenz von Caesium-Atomen kann gezielt kontrolliert werden.

Eine der großen Attraktionen in Deutschlands Vorzeige-Schnellzug, dem ICE-3, ist die Glaswand zwischen Führerstand und Lounge: Sie ist normalerweise klar. Ein Knopfdruck reicht jedoch, und sie verwandelt sich in undurchsichtiges Milchglas. Physiker der Universität Bonn beherrschen eine ähnliche Technik. Mit einem Unterschied: Sie arbeiten mit einzelnen Caesium-Atomen, die sie auf Wunsch „transparent“ oder mehr oder weniger „undurchsichtig“ machen.

Für ihr Experiment nutzten die Forscher um Dieter Meschede gewölbte Spiegel mit extrem hohem Reflexionsvermögen. Sie richteten die Spiegelflächen so aus, dass sie zueinander zeigten. In diesem „Lichtkäfig“ platzierten sie nun ein einzelnes Caesium-Atom. Mit einem von der Seite eingestrahlten Steuerlaser veränderten sie dann ganz gezielt die Eigenschaften dieses Atoms. So konnten sie beispielsweise erreichen, dass es das Licht im Käfig passieren ließ, es abschwächte oder gar ganz abblockte – ähnlich wie ein Dimmer.

Das man Caesium als reinen An- und Ausschalter nutzen kann, haben die Bonner Forscher bereits vor einem Jahr zeigen können. „Jetzt können wir aber die Eigenschaften des Atoms mit unserem Steuerlaser genau so verändern, wie wir es wollen“, sagt Tobias Kampschulte vom Bonner Institut für Angewandte Physik.

Die Forscher beobachteten außerdem einen unerwarteten Effekt ihrer Versuchsanordnung: Um die Caesium-Atome gezielt manipulieren zu können, werden die Atome abgekühlt, bis sie sich kaum noch bewegen. Doch auch gekühlt lassen sich die Atome im Schnitt nur eine knappe Sekunde festhalten. Im optischen Käfig sitzt das Caesium unter dem Einfluss des Steuerlasers jedoch viel länger still – durchschnittlich 16 Sekunden. Damit bleibt den Physikern entsprechend mehr Zeit für ihre Experimente. „Unsere Versuchsanordnung scheint die Caesium-Atome weiter zu kühlen und damit länger festzuhalten“, erklärt Kampschulte. „Warum das so ist, wissen wir allerdings noch nicht genau.“

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn/AL

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Tobias Kampschulte, Wolfgang Alt, Stefan Brakhane, Martin Eckstein, René Reimann, Artur Widera, Dieter Meschede: Optical control of the refractive index of a single atom. PRL 105, 153603 (2010)
  dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.153603
• Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn:
  www.iap.uni-bonn.de