Forscher haben einen neuen „Aggregatzustand“ des Lichts entdeckt – einen zuvor unbekannten Phasenübergang in einem Bose-Einstein-Kondensat aus Photonen. Bei diesem bilden tausende Lichtteilchen eine Art „Super-Photon“ aus koordiniert und einheitlich reagierenden Photonen. Dieses Gebilde kann unter bestimmten Bedingungen in einen neuen, „überdämpften Zustand“ übergehen, wie nun ein in „Science“ beschriebenes Experiment erstmals belegt.
Normalerweise sind Lichtteilchen eher unabhängig und lassen sich nicht so leicht von ihresgleichen beeinflussen. Deshalb können sich Lichtstrahlen normalerweise kreuzen, ohne sich zu behindern. Doch bestimmte Bedingungen können Photonen dazu bringen, miteinander wechselzuwirken – beispielsweise in einem optischen Bose-Einstein-Kondensat. In diesem „Super-Photon“ verhalten sich die Photonen einheitlich und wie ein einziges großes Teilchen und lassen sich durch eine einzige Wellenfunktion beschreiben.
Abgekühltes Licht
Jetzt haben Fahri Emre Öztürk von der Universität Bonn und seine Kollegen entdeckt, dass dieses „Super-Photon“ aus Lichtteilchen zwei verschiedene Zustände einnehmen kann. Entdeckt haben sie dies in Experimenten mit einem speziellen Farbstoff-Resonator, einer mit einer Farbstofflösung gefüllten Kammer zwischen zwei gekrümmten Spiegeln. Dieser Raum wird über einen Laser mit Photonen gefüllt, die zwischen beiden Spiegeln hin und her reflektiert werden.
Die Farbstoffmoleküle dienen als „Bremser“ für die Lichtteilchen: Sie nehmen ihnen Impuls und Energie und kühlen das System dadurch soweit ab, dass ein Bose-Einstein-Kondensat entsteht. Im Normalzustand oszillieren die Lichtteilchen in einem solchen Bose-Einstein-Kondensat einheitlich und das System kann ohne scharfe Grenze zu einem Photonen aussendenden Laser werden.
