viktigaste resultaten: bromsa och stoppa en ljusstråle

Lene Vestergaard Hau är en dansk fysiker som för närvarande är Mallinckrodt Professor i fysik och tillämpad fysik vid Harvard University. Hon fick doktorsexamen från Aarhus Universitet. 1999 ledde hon ett Harvard University-team som med hjälp av ett Bose-Einstein-kondensat lyckades sänka en ljusstråle till cirka 17 meter per sekund och 2001 kunde stoppa en stråle helt. Senare arbete baserat på dessa experiment ledde till överföring av ljus till materia, sedan från materia tillbaka till ljus, en process med viktiga konsekvenser för kvantkryptering och kvantberäkning. Nyare arbete har involverat forskning in i nya växelverkan mellan ultracold atoms och nanoscopic-fjäll system. Förutom att undervisa i fysik och tillämpad fysik har hon undervisat i Energivetenskap vid Harvard, som involverar fotovoltaiska celler, kärnkraft, batterier och fotosyntes. Förutom sina egna experiment och forskning är hon ofta inbjuden att tala vid internationella konferenser och är involverad i att strukturera olika institutioners vetenskapliga politik. Hon var huvudtalare på EliteForsk-konferencen 2013 (”Elite Research Conference”) i Köpenhamn, som deltog av regeringsministrar, samt ledande vetenskapspolitik och forskningsutvecklare i Danmark. Som ett erkännande av hennes många prestationer erkände Discover Magazine henne 2002 som en av de 50 viktigaste kvinnorna inom vetenskapen.efter att ha tilldelats sin kandidatexamen i matematik 1984 fortsatte Hau att studera vid Aarhus universitet för sin magisterexamen i fysik som tilldelades två år senare. För sina doktorandstudier i kvantteori arbetade Hau med liknande tankar som de som var involverade i Fiberoptiska kablar som bär ljus, men hennes arbete involverade strängar av atomer i en kiselkristall som bär elektroner. Medan hon arbetade mot sin doktorsexamen tillbringade Hau sju månader på CERN, det europeiska laboratoriet för partikelfysik nära Geneva. Hon disputerade vid Aarhus Universitet i Danmark 1991, men vid den här tiden hade hennes forskningsintressen ändrat inriktning. 1991 gick hon med i Rowland Institute for Science i Cambridge, Massachusetts som vetenskaplig anställd och började utforska möjligheterna till långsamma ljus och kalla atomer. 1999 accepterade Hau ett tvåårigt möte som postdoktor vid Harvard University. Hennes formaliserade utbildning är i teoretisk fysik men hennes intresse flyttade till experimentell forskning i ett försök att skapa en ny form av materia som kallas Bose–Einstein kondensat. ”Hau ansökte till National Science Foundation för medel för att göra en sats av detta kondensat men avvisades med motiveringen att hon var en teoretiker för vilken sådana experiment skulle vara för svåra att göra.”Oskadad fick hon alternativ finansiering och blev en av de första handfulla fysikerna som skapade ett sådant kondensat. I September 1999 utsågs hon till Gordon Mckay Professor i Tillämpad fysik och Professor i fysik vid Harvard. Hon fick också tjänstgöring 1999 och är nu Mallinckrodt Professor i fysik och tillämpad fysik vid Harvard. År 2001 blev hon den första personen som stoppade ljuset helt och använde ett Bose–Einstein-kondensat för att uppnå detta. Sedan dess har hon producerat omfattande forskning och nytt experimentellt arbete inom elektromagnetiskt inducerad transparens, olika områden av kvantfysik, fotonik och bidragit till utvecklingen av nya kvantanordningar och nya nanoskala applikationer.
Hau och hennes medarbetare vid Harvard University ”har visat utsökt kontroll över ljus och materia i flera experiment, men hennes experiment med 2 kondensat är en av de mest övertygande”. Under 2006 överförde de framgångsrikt en qubit från ljus till en materievåg och tillbaka till ljus, igen med Bose–Einstein-kondensat. Detaljer om experimentet diskuteras i tidskriften Nature den 8 februari 2007. Experimentet bygger på det sätt som enligt kvantmekanik kan atomer uppträda som vågor såväl som partiklar. Detta gör det möjligt för atomer att göra några kontraintuitiva saker, som att passera genom två öppningar samtidigt. Inom ett Bose-Einstein-kondensat komprimeras en ljuspuls med en faktor 50 miljoner utan att förlora någon av informationen som lagras i den. I detta Bose-Einstein-kondensat kan information kodad i en ljuspuls överföras till atomvågorna. Eftersom alla atomer rör sig koherent upplöses inte informationen i slumpmässigt brus. Ljuset driver några av molnets ungefär 1,8 miljoner natriumatomer för att gå in i ”kvantupposition”-tillstånd, med en lägre energikomponent som stannar kvar och en högre energikomponent som färdas mellan de två molnen. En andra kontrolllaser skriver sedan pulsens form i atomvågorna. När denna kontrollstråle är avstängd och ljuspulsen försvinner, kvarstår ’materie copy’. Före detta kunde forskare inte lätt kontrollera optisk information under sin resa, förutom att förstärka signalen för att undvika blekning. Detta experiment av Hau och hennes kollegor markerade den första framgångsrika manipuleringen av sammanhängande optisk information. Den nya studien är” en vacker demonstration”, säger Irina Novikova, fysiker vid College of William and Mary i Williamsburg, VA. Innan detta resultat, säger hon, mättes lätt lagring i millisekunder. ”Här är det fraktionerade sekunder. Det är en riktigt dramatisk tid.”
av dess potential, sade Hau ” medan saken reser mellan de två Bose-Einstein kondensat, kan vi fånga det, potentiellt i minuter, och omforma det – ändra det – på vilket sätt vi vill. Denna nya form av kvantkontroll kan också ha tillämpningar inom utvecklingsområdena kvantinformationsbehandling och kvantkryptografi.”Av de utvecklande konsekvenserna”, denna prestation, delningen av kvantinformation i ljusform och i inte bara en utan två atomformer, erbjuder stor uppmuntran till dem som hoppas kunna utveckla kvantdatorer”, säger Jeremy Bloxham, dekan för vetenskap i Fakulteten för konst och vetenskap. Hau tilldelades George Ledlie-priset för detta arbete, Harvards Provost Steven Hyman noterar ”hennes arbete är banbrytande. Hennes forskning suddar ut gränserna mellan grundläggande och tillämpad vetenskap, bygger på talang och människor i två skolor och flera avdelningar och ger ett bokstavligen glödande exempel på hur att ta djärva intellektuella risker leder till djupa belöningar.”under 2009 Hau och team laserkylda moln av en miljon rubidiumatomer till bara en bråkdel av en grad över absolut noll. De lanserade sedan detta millimeterlånga atommoln mot en suspenderad kolnanorör, som ligger cirka två centimeter bort och laddas till hundratals volt. Resultaten publicerades i 2010, heralding nya interaktioner mellan kalla atomer och nanoskala system. De observerade att de flesta atomer passerade, men ungefär 10 per miljon lockades oundvikligen, vilket fick dem att dramatiskt accelerera både i rörelse och i temperatur. ”Vid denna tidpunkt separeras de snabba atomerna i en elektron och en jon som roterar parallellt runt nanotråden och fullbordar varje bana på bara några trilliondelar av en sekund. Elektronen sugs så småningom in i nanoröret via kvanttunnling, vilket gör att dess följeslagare Jon skjuter bort – avvisas av den starka laddningen av 300-volts nanorör – med en hastighet av ungefär 26 kilometer per sekund eller 59 000 miles per timme.”Atomer kan snabbt sönderfalla utan att behöva kollidera med varandra i detta experiment. Teamet är snabbt att notera att denna effekt inte produceras av gravitation, som beräknas i svarthål som finns i rymden, men av den höga elektriska laddningen i nanoröret. Experimentet kombinerar nanoteknik med kalla atomer för att demonstrera en ny typ av högupplöst, enatom, chipintegrerad detektor som i slutändan kan lösa fransar från störningar av materiens vågor. Forskarna förutser också en rad enkla atomer, grundläggande studier som möjliggjorts genom deras inställning.
Källa: Wikipedia