vigtigste resultater: bremse og stoppe en lysstråle

Lene Vestergaard Hau er en dansk fysiker, der i øjeblikket er Mallinckrodt Professor i fysik og Anvendt Fysik ved Harvard University. Hun modtog en ph. d.fra Aarhus Universitet. I 1999 ledede hun et Harvard University-team, der ved hjælp af et Bose-Einstein-kondensat lykkedes at bremse en lysstråle til omkring 17 meter i sekundet og i 2001 var i stand til at stoppe en stråle helt. Senere arbejde baseret på disse eksperimenter førte til overførsel af lys til Stof, derefter fra stof Tilbage til lys, en proces med vigtige implikationer for kvantekryptering og kvanteberegning. Nyere arbejde har involveret forskning i nye interaktioner mellem ultrakolde atomer og nanoskopiske systemer. Ud over at undervise i fysik og anvendt fysik har hun undervist i Energividenskab ved Harvard, der involverer fotovoltaiske celler, atomkraft, batterier og fotosyntese. Ud over sine egne eksperimenter og forskning inviteres hun ofte til at tale på internationale konferencer og er involveret i strukturering af forskellige institutioners videnskabspolitikker. Hun var hovedtaler på EliteForsk-konferencen 2013 (“Elite Research Conference”) i København, som blev overværet af ministre, samt senior science policy og forskningsudviklere i Danmark. Som anerkendelse af hendes mange præstationer anerkendte Discover-magasinet hende i 2002 som en af de 50 vigtigste kvinder inden for videnskab.
Efter at have fået tildelt sin bachelorgrad i matematik i 1984 fortsatte Hau med at studere på Aarhus Universitet for sin kandidatgrad i fysik, som blev tildelt to år senere. For hendes ph.d. – studier i kvanteteori arbejdede Hau på ideer svarende til dem, der var involveret i fiberoptiske kabler, der bærer lys, men hendes arbejde involverede strenge af atomer i en siliciumkrystal, der bærer elektroner. Mens hun arbejdede hen imod sin doktorgrad, tilbragte Hau syv måneder på CERN, Det Europæiske laboratorium for partikelfysik nær Geneve. Hun fik sin doktorgrad fra Aarhus Universitet i 1991, men på dette tidspunkt havde hendes forskningsinteresser ændret retning. I 1991 sluttede hun sig til Cambridge Institute for Science som videnskabelig medarbejder og begyndte at undersøge mulighederne for langsomt lys og kolde atomer. I 1999 accepterede Hau en to-årig udnævnelse som postdoktor ved Harvard University. Hendes formaliserede træning er i teoretisk fysik, men hendes interesse flyttede til eksperimentel forskning i et forsøg på at skabe en ny form for stof kendt som et Bose–Einstein-kondensat. “Hau ansøgte National Science Foundation om midler til at fremstille et parti af dette kondensat, men blev afvist med den begrundelse, at hun var en teoretiker, for hvem sådanne eksperimenter ville være for vanskelige at gøre.”Ufortrødent fik hun alternativ finansiering og blev en af de første håndfuld fysikere, der skabte et sådant kondensat. I September 1999 blev hun udnævnt til Gordon McKay Professor i Anvendt Fysik og Professor i Fysik ved Harvard. Hun blev også tildelt ansættelse i 1999 og er nu Mallinckrodt Professor i fysik og Anvendt Fysik ved Harvard. I 2001 blev hun den første person til at stoppe lyset helt ved hjælp af et Bose–Einstein-kondensat for at opnå dette. Siden da har hun produceret rigelig forskning og nyt eksperimentelt arbejde inden for elektromagnetisk induceret gennemsigtighed, forskellige områder inden for kvantefysik, fotonik og bidraget til udviklingen af nye kvanteapparater og nye nanoskala applikationer. Hau og hendes medarbejdere ved Harvard University “har vist udsøgt kontrol over lys og stof i flere eksperimenter, men hendes eksperiment med 2 kondensater er et af de mest overbevisende”. I 2006 overførte de med succes en kvbit fra lys til en stofbølge og tilbage til lys igen ved hjælp af Bose–Einstein-kondensater. Detaljer om eksperimentet diskuteres i tidsskriftet Nature 8.februar 2007. Eksperimentet bygger på den måde, at atomer ifølge kvantemekanik kan opføre sig som bølger såvel som partikler. Dette gør det muligt for atomer at gøre nogle kontraintuitive ting, såsom at passere gennem to åbninger på en gang. Inden for et Bose–Einstein-kondensat komprimeres en lyspuls med en faktor på 50 millioner uden at miste nogen af de oplysninger, der er gemt i den. I dette Bose-Einstein-kondensat kan information kodet i en lyspuls overføres til atombølgerne. Fordi alle atomer bevæger sig sammenhængende, opløses informationen ikke i tilfældig støj. Lyset driver nogle af skyens cirka 1,8 millioner natriumatomer til at indgå i “Kvante superposition”-tilstande med en komponent med lavere energi, der forbliver sat, og en komponent med højere energi, der bevæger sig mellem de to skyer. En anden ‘kontrol’ laser skriver derefter pulsens form ind i atombølgerne. Når denne kontrolstråle er slukket, og lyspulsen forsvinder, forbliver ‘materie-kopien’. Forud for dette kunne forskere ikke let kontrollere optisk information under rejsen, undtagen for at forstærke signalet for at undgå at falme. Dette eksperiment af Hau og hendes kolleger markerede den første vellykkede manipulation af sammenhængende optisk information. Den nye undersøgelse er “en smuk demonstration”, siger Irina Novikova, en fysiker ved College of Vilhelm og Mary i Vilhelmsburg, VA. Før dette resultat, siger hun, blev lysopbevaring målt i millisekunder. “Her er det brøkdele sekunder. Det er en virkelig dramatisk tid.”
af dets potentiale, sagde Hau ” mens sagen rejser mellem de to Bose–Einstein – kondensater, kan vi fange det, potentielt i minutter, og omforme det – ændre det-på den måde, vi ønsker. Denne nye form for kvantekontrol kunne også have applikationer inden for udvikling af kvanteinformationsbehandling og kvantekryptografi.”Af de udviklingsmæssige implikationer” giver denne feat, deling af kvanteinformation i lysform og I ikke kun en, men to atomformer, stor opmuntring til dem, der håber at udvikle kvantecomputere,” sagde Jeremy. Hau blev tildelt George Ledlie-prisen for dette arbejde, Harvards Provost Steven Hyman bemærker “hendes arbejde er banebrydende. Hendes forskning udvisker grænserne mellem grundlæggende og anvendt videnskab, trækker på talent og folk i to skoler og flere afdelinger, og giver et bogstaveligt lysende eksempel på, hvordan det at tage dristige intellektuelle risici fører til dybe belønninger.”
i 2009 Hau og team laser-afkølede skyer af en million rubidiumatomer til kun en brøkdel af en grad over absolut nul. De lancerede derefter denne millimeter lange atomsky mod en suspenderet carbon nanorør, der ligger omkring to centimeter væk og ladet til hundredvis af volt. Resultaterne blev offentliggjort i 2010 og indvarslede nye interaktioner mellem kolde atomer og nanoskalasystemer. De observerede, at de fleste atomer gik forbi, men cirka 10 pr.million blev uundgåeligt tiltrukket, hvilket fik dem til at accelerere dramatisk både i bevægelse og i temperatur. “På dette tidspunkt adskilles hastighedsatomerne i en elektron og en ion, der roterer parallelt omkring nanotråden, og afslutter hver bane på få billioner af et sekund. Elektronen bliver til sidst suget ind i nanorøret via kvante tunneling, hvilket får sin ledsagende ion til at skyde væk – afstødt af den stærke ladning af 300 volt nanorøret-med en hastighed på cirka 26 kilometer i sekundet eller 59.000 miles i timen.”Atomer kan hurtigt gå i opløsning uden at skulle kollidere med hinanden i dette eksperiment. Holdet er hurtigt opmærksom på, at denne effekt ikke produceres af tyngdekraften, som beregnet i sorte huller, der findes i rummet, men af den høje elektriske ladning i nanorøret. Eksperimentet kombinerer nanoteknologi med kolde atomer for at demonstrere en ny type højopløsnings -, enkeltatom -, chipintegreret detektor, der i sidste ende kan være i stand til at løse frynser fra interferens af stofbølger. Forskerne forudser også en række enkelt-atom, grundlæggende undersøgelser muliggjort af deres opsætning.
kilde: