Natuurkundigen hebben met extreem koude atomen de vorm en richting van licht veranderd. Christiaan Huygens voorspelde het bestaan van dit natuurkundige verschijnsel al meer dan 400 jaar geleden.
Lichtstralen kun je vervormen door hun elektrische en magnetische wisselwerking met atomen te manipuleren. Dit was al gelukt in eerder onderzoek, maar toen waren er speciaal ontwikkelde metamaterialen voor nodig. Natuurkundigen Janne Ruostekoski en Kyle Ballantine van de Lancaster Universiteit in het Verenigd Koninkrijk hebben nu aangetoond dat je dit ook kunt doen met atomen die in de natuur voorkomen, zoals ytterbium en strontium.
Samenspel
Eerst berekende het tweetal wat er gebeurt als je atomen afkoelt tot een miljardste graad boven het absolute nulpunt. De atomen bleken dan te veranderen in een krachtig instrument om licht te vervormen. Bij zulke temperaturen bewegen atomen namelijk extreem langzaam. Daardoor kun je ze beheersen via bepaalde quantummechanische effecten die bij hogere temperaturen verwaarloosbaar klein zijn.
De onderzoekers zorgden er vervolgens met lasers voor dat de atomen een gedeelde beweging kregen. Zodra de atomen collectief te werk gingen, bleken ze lichtstralen te kunnen vervormen en besturen via hun elektrische en magnetische wisselwerking met het licht. Door het gezamenlijke gedrag functioneerden de atomen als een verzameling elektrische ladingen of magneten die het licht beïnvloeden.
Huygens-oppervlak
Met name het beheersen van de magnetische wisselwerking is een nieuw en belangrijk onderdeel van dit werk, zegt fysicus David Wilkowski van de Nationale Universiteit van Singapore, niet betrokken bij het onderzoek.
Het experiment sluit aan op ideeën van de zeventiende-eeuwse Nederlandse natuurkundige Christiaan Huygens. Ruostekoski en Ballantine hebben namelijk een manier ontdekt om van ultrakoude atomen een zogeheten Huygens-oppervlak te maken. Elk atoom op zo’n oppervlak bepaalt mede de vorm van de uitgestraalde lichtgolf die erdoorheen beweegt. Daarmee is een Huygens-oppervlak een middel om lichtgolven te bewerken.
Het onderzoek kan helpen bij het verbeteren van quantumgeheugens, door die gebruik te laten maken van de gezamenlijke wisselwerking van atomen met licht.
