Bisher galten Lichtteilchen als absolute Einzelgänger. Jetzt aber haben US-Forscher das scheinbar Unmögliche geschafft: Sie brachten Photonen dazu, eine Art Molekül zu bilden – ein Zustand, in dem beide eng miteinander verbunden sind und wechselwirken. Dies widerspricht nicht nur gängiger Theorie, der dabei herauskommende Effekt erinnert auch an Science-Fiction. Denn die Eigenschaften dieser Photon-Moleküle seien am ehesten mit den Laserschwertern aus Star Wars vergleichbar, erklären die Forscher im Fachmagazin „Nature“.
Licht hat sowohl Eigenschaften einer Welle als auch von Teilchen. Die Lichtteilchen, Photonen, sind der gängigen Theorie nach Teilchen, die keine Masse besitzen und nicht miteinander wechselwirken: Wenn man zwei Laserstrahlen im rechten Winkel kreuzen lässt, scheinen sie dahinter genau hell weiter wie davor, sie passieren sich, ohne sich abzulenken oder anderweitig zu beeinflussen. Ein Forscherteam unter Leitung von Mikhail Lukin von der Harvard University und Vladan Vuletic vom Massachusetts Institute of Technology hat nun dieses gängige Bild auf den Kopf gestellt.
„Wir haben ein Medium erzeugt, in dem Photonen miteinander so stark interagieren, dass sie beginnen sich zu verhalten, als wenn sie Masse besäßen. Und sie verbinden sich zu einer Art Molekülen“, erklärt Lukin. Diese Art des photonisch gebundenen Zustands ist zwar schon länger theoretisch diskutiert worden, bisher aber war unklar, ob er tatsächlich möglich ist – denn er konnte nicht erzeugt werden.
Photonenschüsse in die ultrakalte Rubidiumwolke
Den Forschern ist dies nun mit einem raffinierten Trick gelungen. Für ihr Experiment pumpten sie Rubidiumatome in eine Vakuumkammer und kühlten diese Atomwolke mit Hilfe von Lasern bis auf wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt ab. Dann feuerten sie mit einem weiteren Laser einzelne Photonen in die Atomwolke. Diese regten mit ihrer Energie Atome entlang des Weges an und wurden dabei ein wenig abgebremst.
