tärkeimmät saavutukset: valonsäteen hidastaminen ja pysäyttäminen

Lene Vestergaard Hau on tanskalainen fyysikko, joka toimii nykyisin Mallinckrodtin fysiikan ja sovelletun fysiikan professorina Harvardin yliopistossa. Hän väitteli tohtoriksi Århusin yliopistosta. Vuonna 1999 hän johti Harvardin yliopiston ryhmää, joka Bosen-Einsteinin kondensaatin avulla onnistui hidastamaan valonsäteen noin 17 metriin sekunnissa, ja vuonna 2001 hän pystyi pysäyttämään säteen kokonaan. Myöhemmin näihin kokeisiin perustuva työ johti valon siirtymiseen aineeseen, sitten aineesta takaisin valoon, prosessiin, jolla on merkittäviä vaikutuksia kvanttisalaukseen ja kvanttitietolaskentaan. Uudempaan työhön on kuulunut ultrakoldiatomien ja nanokokoisten järjestelmien uudenlaisten vuorovaikutusten tutkimus. Fysiikan ja sovelletun fysiikan opettamisen lisäksi hän on opettanut Harvardissa Energiatiedettä, johon liittyy aurinkokennoja, ydinvoimaa, akkuja ja fotosynteesiä. Omien kokeidensa ja tutkimustensa lisäksi hänet kutsutaan usein puhumaan kansainvälisiin konferensseihin, ja hän on mukana jäsentämässä eri instituutioiden tiedepolitiikkaa. Hän oli pääpuhujana Eliteforsk-konferenssissa 2013 (”Elite Research Conferencen”) Kööpenhaminassa, johon osallistui hallituksen ministereitä sekä Tanskan tiede-ja tutkimuskehittäjiä. Tunnustuksena hänen monista saavutuksistaan Discover-lehti tunnusti hänet vuonna 2002 yhdeksi 50 tärkeimmästä naisesta tieteen alalla.
saatuaan kandidaatin arvon matematiikassa vuonna 1984 Hau jatkoi opiskelua Aarhusin yliopistossa maisteriksi fysiikassa, joka myönnettiin kaksi vuotta myöhemmin. Hänen väitöskirjaa tutkimukset quantum theory Hau työskennellyt ajatuksia, jotka ovat mukana Valokuitukaapelit kuljettavat valoa, mutta hänen työnsä mukana Jouset atomien, piikide kuljettaa elektroneja. Työskennellessään hänen tohtorin Hau vietti seitsemän kuukautta Cern, European Laboratory for Particle Physics lähellä Geneve. Hän väitteli tohtoriksi Århusin yliopistosta Tanskassa vuonna 1991, mutta tähän mennessä hänen tutkimusintressinsä olivat muuttaneet suuntaa. Vuonna 1991 hän liittyi Rowland Institute for Science at Cambridge, Massachusetts kuin tieteellinen henkilökunta, alkaa tutkia mahdollisuuksia hidas valo ja Kylmä atomien. Vuonna 1999 Hau hyväksyi kahden vuoden nimityksen tutkijatohtoriksi Harvardin yliopistoon. Hänen muodollinen koulutus on teoreettisen fysiikan, mutta hänen kiinnostuksensa siirtyi kokeelliseen tutkimukseen, jossa pyritään luomaan uusi muoto aineen tunnetaan Bosen-Einsteinin kondensaatti. ”Hau anoi National Science Foundationilta varoja tämän lauhdeerän valmistamiseen, mutta se hylättiin sillä perusteella, että hän oli teoreetikko, jolle tällaiset kokeet olisivat liian vaikeita tehdä.”Lannistumatta hän sai vaihtoehtoista rahoitusta, ja hänestä tuli yksi ensimmäisistä fyysikoista, jotka loivat tällaisen kondensaatin. Syyskuussa 1999 hänet nimitettiin Gordon McKayn teknillisen fysiikan professoriksi ja fysiikan professoriksi Harvardiin. Hän sai myös viran vuonna 1999, ja toimii nyt Mallinckrodtin fysiikan ja sovelletun fysiikan professorina Harvardissa. Vuonna 2001 hänestä tuli ensimmäinen henkilö, joka pysäytti valon kokonaan käyttäen Bosen–Einsteinin kondensaattia tämän saavuttamiseksi. Sen jälkeen hän on tuottanut runsaasti tutkimusta ja uutta kokeellista työtä sähkömagneettisesti indusoidun läpinäkyvyyden, kvanttifysiikan eri osa-alueiden, fotoniikan ja edistänyt uusien kvanttilaitteiden ja uusien nanokokoisten sovellusten kehittämistä.
Hau ja hänen kumppaninsa Harvardin yliopistossa ”ovat osoittaneet erinomaista valon ja aineen hallintaa useissa kokeissa, mutta hänen kokeensa 2 kondensaatilla on yksi pakottavimmista”. Vuonna 2006 he onnistuivat siirtämään qubitin valosta aineaaltoon ja takaisin valoon käyttäen jälleen Bosen–Einsteinin kondensaatteja. Kokeen yksityiskohtia käsitellään Nature-lehdessä 8.helmikuuta 2007. Koe nojaa siihen, miten kvanttimekaniikan mukaan atomit voivat käyttäytyä aaltoina siinä missä hiukkasetkin. Näin atomit voivat tehdä vastavaikutteisia asioita, kuten kulkea kahden aukon läpi yhtä aikaa. Bosen-Einsteinin kondensaatissa valopulssi tiivistyy kertoimella 50 miljoonaa menettämättä mitään siihen tallennettua tietoa. Tässä Bosen-Einsteinin kondensaatissa valopulssiin koodattu informaatio voidaan siirtää atomi-aaltoihin. Koska kaikki atomit liikkuvat koherentisti, informaatio ei liukene satunnaiseksi kohinaksi. Valo ajaa osan pilven noin 1,8 miljoonasta natriumatomista ”kvanttisuperpositiotiloihin”, joissa Matalaenerginen komponentti pysyy paikallaan ja korkeaenerginen komponentti kulkee kahden pilven välissä. Toinen ’kontrollilaser’ kirjoittaa sitten pulssin muodon atomiaaltoihin. Kun tämä ohjaussäde sammutetaan ja valopulssi katoaa, ”materiakopio” jää jäljelle. Tätä ennen tutkijat eivät voineet helposti hallita optista informaatiota sen matkan aikana, paitsi vahvistaa signaalia haalistumisen välttämiseksi. Tämä Hau: n ja hänen kollegoidensa koe merkitsi ensimmäistä onnistunutta koherentin optisen tiedon manipulointia. Uusi tutkimus on ”kaunis osoitus”, sanoo Irina Novikova, fyysikko College of William and Mary Williamsburgissa, va. Ennen tätä tulosta mitattiin hänen mukaansa valon varastointia millisekunneissa. ”Tässä se on sekunnin murto-osia. Tämä on todella dramaattista aikaa.”
sen potentiaalista Hau sanoi ” Materian kulkiessa kahden Bosen–Einsteinin kondensaatin välillä, voimme vangita sen, mahdollisesti minuuteiksi, ja muokata sitä – muuttaa sitä – millä tavalla tahansa haluamme. Tällä uudella kvanttiohjauksen muodolla voisi olla sovelluksia myös kvanttitietokäsittelyn ja kvanttisalauksen kehittyvillä aloilla.”Kehitysvaikutuksista” tämä uroteko, kvanttitietojen jakaminen valomuodossa eikä vain yhdessä vaan kahdessa atomimuodossa, tarjoaa suurta rohkaisua niille, jotka toivovat kehittävänsä kvanttitietokoneita”, sanoi Jeremy Bloxham, luonnontieteiden tiedekunnan dekaani. Haulle myönnettiin tästä työstä George Ledlie-palkinto, Harvardin Provost Steven Hyman toteaa ” hänen työnsä on polkujen rikkomista. Hänen tutkimuksensa hämärtää perus-ja soveltavan tieteen rajoja, hyödyntää kahden koulun ja useiden osastojen lahjakkuutta ja ihmisiä ja tarjoaa kirjaimellisesti hehkuvan esimerkin siitä, miten uskaliaiden henkisten riskien ottaminen johtaa syvällisiin palkitsemisiin.”
vuonna 2009 Hau ja joukkue laserjäähdyttivät miljoonan rubidiumatomin pilvet vain asteen murto-osan absoluuttisen nollapisteen yläpuolelle. Sitten he laukaisivat tämän millimetrin pituisen atomipilven kohti riippuvaa hiilinanoputkea, joka sijaitsi noin kahden sentin päässä ja latautui satoihin voltteihin. Tulokset julkaistiin vuonna 2010, ja ne ennakoivat uusia vuorovaikutuksia kylmien atomien ja nanokokoisten järjestelmien välillä. He havaitsivat, että useimmat atomit kulkivat ohi, mutta noin 10 miljoonaa kohti vetivät niitä vääjäämättä puoleensa, mikä sai ne kiihdyttämään dramaattisesti sekä liikettä että lämpötilaa. ”Tässä vaiheessa kiitävät atomit erkanevat elektroniksi ja ioniksi, jotka pyörivät samansuuntaisesti nanovirran ympäri ja täyttävät jokaisen kiertoradan vain muutamassa biljoonasosasekunnissa. Elektroni imeytyy lopulta nanoputkeen kvanttitunneloinnin kautta, jolloin sen kumppani-ioni sinkoutuu pois-300 voltin nanoputken voimakkaan varauksen karkottamana – noin 26 kilometrin sekuntivauhdilla eli 59 000 mailin tuntinopeudella.”Atomit voivat hajota nopeasti joutumatta törmäämään toisiinsa tässä kokeessa. Ryhmä huomaa nopeasti, että tämä vaikutus ei synny painovoimasta, joka lasketaan avaruudessa olevista mustista aukoista, vaan nanoputken suuresta sähkövarauksesta. Kokeessa yhdistetään nanoteknologiaa kylmiin atomeihin ja demonstroidaan uudentyyppinen korkearesoluutioinen, yksiatominen siruintegroitu ilmaisin, joka saattaa lopulta pystyä ratkaisemaan aineaaltojen interferenssistä aiheutuvia reunoja. Tutkijat ennakoivat myös joukon yksiatomisia, perusteellisia tutkimuksia, jotka niiden käyttöönotto on mahdollistanut.
lähde: Wikipedia