http://www.nyteknik.se/art/17519
Publicerad i Ny Teknik 20010926
Kristall av ljus kröker materien
Forskare har för första gången lyckats bevisa en 70 år gammal teori
Ett intensivt, grönt ljus lyser upp labbet där
Herman Batelaan och Dan Freimund jobbar.
Där ljuset är som allra starkast har de två
fysikerna lyckats tillverka en kristall bestående
av enbart ljus. Med hjälp av detta ljusgitter har
de amerikanska forskarna för allra första
gången visat att materia kan böjas av med ljus,
inte bara tvärtom.
Den grönt lysande ljuskristallen lyckades
kröka en tunn stråle av elektroner, på samma
sätt som en vanlig kristall kan dela upp en
ljusstråle.
Fenomenet förutspåddes redan för sjuttio år
sedan. De världsberömda fysikerna Paul Dirac
och Peter Kapitza visste att såväl materia som
ljus kan beskrivas som antingen partiklar eller
vågor. Ljus kan uppfattas som antingen fotoner
eller vågor, vilket är allmänt bekant. Men även
elektroner kan uppfattas som vågor, inte bara
som partiklar (elektronens "våglängd" är i detta
fall bara tiotusendelen av ljusets).
Den självklara konsekvensen av denna
tvetydighet, som är en av grundstenarna inom
kvantfysiken, är att ljus kan påverka materia på
samma sätt materia kan påverka ljus.
De två nobelpristagarna Dirac och Kapitza
beskrev experimentet med ljuskristallen redan
1933. Men det är först nu som försöket har gått
att genomföra. Tack vare dagens kraftfulla
lasrar kan man göra en tillräckligt tät
ljuskristall för att dess svaga inverkan på
materiestrålar ska upptäckas.
De amerikanska forskarna vid universitetet i
Nebraska använder en mycket stark neodym
Text: Anders Wallerius
YAG-laser som ger kraftiga, men korta,
laserpulser (0,2 jule, 10 nanosekunder).
Laserljuset delas upp i två strålar som skickas
rakt mot varandra, med speglars hjälp. Just där
laserpulserna möts uppstår en stående våg av
ljus. Det är denna våg som utgör den fem
millimeter långa, och någon tiondels
millimeter tjocka, ljuskristallen
(gitterkonstanten är 266 nanometer).
Det historiska experimentet går ut på att skicka
en stråle av elektroner tvärs genom
ljuskristallen. Enligt teorin ska elektronstrålen
påverkas av ljusgittret på samma sätt som en
ljusstråle påverkas när den passerar ett gitter av
materia: strålen böjs så att det bildar ett
karakteristiskt diffraktionsmönster på andra
sidan.
Det var precis vad som händer i det "gröna
rummet" i USA när forskarna skickar sin
elektronstråle (med energin 380 elektronvolt)
genom ljuskristallen. Strålen, som bara är
några tiotals mikrometer tjock, böjs av ljuset
och delas upp i det typiska mönstret. Men
effekten är så oerhört svag att avböjningen
bara är någon hundradels grad.
Det amerikanska experimentet öppnar dörren
för extremt känsliga mätinstrument, på grund
av elektronernas korta våglängd. Genom att
dela upp en elektronstråle i två likadana
(koherenta) strålar i en ljuskristall, kan de
elektronstrålarna användas i en ytterst
noggranna interferometer. På grund av
elektronernas korta våglängd blir känsligheten
tio tusen gånger högre än hos dagens
ljusinterferometrar.
