Physik-Experiment Wenn durchsichtiges Eisen das Licht abbremst

Eisen wird transparent und Röntgenstrahlen kommen langsamer voran als ein Radfahrer. Die Ergebnisse eines Experiments deutscher Physiker klingen erst einmal paradox - doch sie öffnen die Tür in ein neues Forschungsfeld.

DESY

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Nichts bewegt sich schneller als das Licht - wenn man kurz das Rätsel der überlichtschnellen Neutrinos beiseite lässt. Doch was dabei leicht vergessen wird: Die Lichtgeschwindigkeit von rund 300.000 Kilometern pro Sekunde gilt nur im Vakuum. Bewegt sich Licht durch Materie, das ist schon die Luft um uns herum oder auch das Fensterglas, wird es langsamer.

In einem Experiment am Deutschen Elektronen-Synchroton (Desy) in Hamburg haben Physiker die Geschwindigkeit von Röntgenstrahlung - auch eine Art Licht - auf wenige Meter pro Sekunde gedrosselt. "Das Licht wird so langsam, dass ein Radfahrer es überholen könnte", sagt Ralf Röhlsberger vom Desy. Für die Physiker war der Effekt keine allzu große Überraschung, er lässt sich mit dem sogenannten Brechungsindex des verwendeten Materials vorab berechnen.

Doch die abgebremste Strahlung ist nur eines der Phänomene, über die Röhlsberger zusammen mit drei Kollegen im Wissenschaftsmagazin "Nature" berichtet. Den Forschern ist es gelungen, Eisenatome für Röntgenstrahlen einer bestimmten Wellenlänge durchsichtig werden zu lassen.

Im Bereich des Laserlichts ist die sogenannte elektromagnetisch induzierte Transparenz schon länger bekannt - doch nun haben die Physiker erstmals etwas Ähnliches mit Röntgenstrahlen umgesetzt. "Das öffnet die Tür zu einem ganz neuen Forschungsfeld", sagt Röhlsberger.

In einem Begleitartikel in "Nature" schreibt Bernhard Adams vom Argonne National Laboratory in Lemont, Illinois, dass es wohl keine unmittelbare praktische Anwendung gebe, aber sich einige neue Möglichkeiten eröffnen würden. Er hält es etwa für möglich, dass sich die Strahlendosis bei medizinischen Röntgenuntersuchungen verringern lässt. Dadurch wäre das Röntgen weniger schädlich für die Patienten.

Riesenwelle zwischen zwei Spiegeln

Für ihr Experiment nutzen die Forscher zwei Schichten von Eisen 57, einem natürlich vorkommendem Eisenisotop. Die jeweils nur drei Nanometer dicken Schichten legen sie zwischen zwei parallele Platinspiegel, die einen dünnen, schräg einfallenden Strahl Röntgenlicht etliche Male zwischen sich reflektieren; die Lichtwellen schaukeln sich quasi auf.

"Zwischen den Spiegeln baut sich eine optische Riesenwelle auf", erklärt Röhlsberger. Die könne man sich wie eine Meereswelle mit einem Kamm und einem Tal vorstellen.

Eine Eisenschicht platzieren die Physiker genau im Wellenkamm, also im Maximum der Riesenwelle. Die zweite Schicht dagegen wird sozusagen ganz unten im Tal positioniert. Die Eisenatome an der Spitze des Berges strahlen alle zusammen sehr hell. Die im Tal dagegen sind dunkel, nur bei einer bestimmten Wellenlänge glimmen sie leicht.

Doch wie werden beide Schichten durchsichtig? Hier spielt ein Quanteneffekt hinein, die sogenannte Verschränkung. Sie sorgt dafür, dass die Atomschichten gemeinsam reagieren. Während dahinter ein kompliziertes physikalisches Phänomen steckt, ist die Wirkung einfach: Die Atome auf dem Berg leuchten bei der Wellenlänge nicht, bei der die anderen glimmen. Genau in diesem Strahlungsbereich ist das Eisen im Experiment unsichtbar - abgesehen vom sehr schwachen Glimmen. Die Physiker können sogar steuern, welchen Grad von Transparenz die Eisenatome erreichen.

Traum vom Quantencomputer

Die Erkenntnisse könnten auch bei der Entwicklung von Quantencomputern nützlich sein, meint Röhlsberger, denn sie ermöglichen eine ganze Reihe neuer Experimente. Auch das verlangsamte Licht ist für Quantencomputer interessant, da überlegt wird, Informationen in Form von abgebremsten Lichtpulsen zu speichern.

Wie die Physiker darauf gekommen sind, durchsichtiges Eisen zu nutzen, um Röntgenstrahlen zu bremsen? Auf eine Weise, wie es in der Grundlagenforschung oft der Fall ist: Der Transparenz-Effekt war eine zufällige Entdeckung bei den Berechnungen für ein anderes Experiment, sagt Röhlsberger. Dort hatten die Forscher festgestellt, dass das Material bei einer bestimmten Wellenlänge transparent sein müsste. Dies haben sie auf dem Papier so weit wie möglich optimiert - und es dann relativ schnell im Experiment umgesetzt.

insgesamt 12 Beiträge
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Seite 1
Nonvaio01 08.02.2012
1. sehr gut
Zitat von sysopDESYEisen wird transparent und Röntgenstrahlen kommen langsamer voran als ein Radfahrer. Die Ergebnisse eines Experiments deutscher Physiker klingen erst einmal paradox - doch sie öffnen die Tür in ein neues Forschungsfeld. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,814022,00.html
es ist doch immer wieder schoen zu lesen das es auch noch gute deutsche Forschung gibt. Weiter so bitte mehr positives in den Nachrichten.
blackbear 09.02.2012
2.
Zitat von sysopDESYEisen wird transparent und Röntgenstrahlen kommen langsamer voran als ein Radfahrer. Die Ergebnisse eines Experiments deutscher Physiker klingen erst einmal paradox - doch sie öffnen die Tür in ein neues Forschungsfeld. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,814022,00.html
hmm irgendwie wär mir transparentes Aluminium jetzt lieber um ein Posting dazu zu verfassen.
hr_schmeiss 09.02.2012
3. ...Radfahrer ohne Quellenangabe...
…neues Forschungsfeld / braucht halt Geld. Quanten-computer, klingt gut. Oder halt neuer Impfstoff, Heilung von Krebs, oder wenigstens Wissen über die Grundbausteine des Universums, je nach Bedarf. Wie war das nochmal, haben wir da nun einen Stoff, der zwei Sachen gleichzeitig ist, oder haben wir zwei Theorien, die die Sachen gleich gut (gleich schlecht?) beschreiben? Ach, das hab' ich noch nie verstanden. Ich wird' jetzt noch ein bisschen in Mr. Tompkins seltsamen Reisen lesen und mir dann ein Hicks-Bourbon einbeamen….
TribbleOO 09.02.2012
4.
Zitat von blackbearhmm irgendwie wär mir transparentes Aluminium jetzt lieber um ein Posting dazu zu verfassen.
Googlen sie das mal, sie werden feststellen, dass es das gibt (zumindest etwas, dass man so bezeichnen könnte) Aluminiumoxynitrid (http://de.wikipedia.org/wiki/Aluminiumoxynitrid) Interessanter Artikel, ich hätte gerne mehr Details gelesen (und etwas weniger auf Grundschulniveau erklärt) - Röntgenstrahlung auch eine Art Licht? Besser wäre gewesen: Auch eine elektromagnetische Strahlung wie Licht. Aber na gut :)
payton_m 09.02.2012
5. Nichts bewegt sich schneller als das Licht? Volksmythen rezykliert im Spiegel
Zitat von sysopDESYEisen wird transparent und Röntgenstrahlen kommen langsamer voran als ein Radfahrer. Die Ergebnisse eines Experiments deutscher Physiker klingen erst einmal paradox - doch sie öffnen die Tür in ein neues Forschungsfeld. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,814022,00.html
...ist schon mal falsch, und wenn man ein wenig naturwissenschaftlich gebildet ist (was SPON-Autoren offenbar nicht sind?) weiß man das seit langem. Dazu braucht man nicht mal ein Rätsel. Selbst bei den immer mal beobachteten Supernovaereignissen werden andere Teilchen als Photonen stets zuerst registriert... weil schon im Weltall kein echtes Vakuum herrscht und das Licht daher auch dort langsamer ist als c - was eben die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist, nicht die allgemeine Lichtgeschwindigkeit. Das ist Journalistensprech, aber unwissenschaftlich ausgedrückt. Richtig ausgedrückt wäre: Die Licht- geschwindigkeit hängt vom Medium ab. Die maximale Geschwindigkeit wird nur im Vakuum erreicht. Diese Vakuumlichtgeschwindigkeit beträgt rund 300.000 km/s (genau 299.792.458 m/s). ...und erzeugt Tscherenkow-Strahlung, das berühmte "blaue Licht", das wir von Fotos von Abklingbecken in AKWs kennen. Payton PS: Es ist halt nichts verlockender für Journalisten, als immer wieder falsche Volksmythen zu rezyklieren und dann mit Getöse die "Richtigstellung" zu bringen. Dummerweise ist die meist auch nur halb richtig.
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