Opgesloten lichtHet opslaan van licht is een lastig klusje. Doordat de lichtsnelheid zo’n 300.000 kilometer per seconde is, moet je nogal rare capriolen uithalen om het vast te kunnen houden. Je kunt het jezelf makkelijker maken door de lichtsnelheid te vertragen. Dit klinkt ongeloofwaardig, maar toch kan het.

De lichtsnelheid is namelijk alleen een constante in het vacuum, in een medium beweegt het altijd langzamer. In water bijvoorbeeld, gaat licht al ‘maar’ 225.000 kilometer per seconde. Exotischere stoffen kunnen licht verder afremmen, zelfs tot stilstand! Wel heb je voor om het echt stil te zetten een ultrakoud gas nodig (die prachtige ultrakoude gassen toch!). Het nadeel hiervan is dat dit alleen kan met een kleur die precies de kleur heeft van een spectraallijn van het gas dat gebruikt wordt. Dit heeft dus een sterke beperking dat je niks aan de kleur van het opgeslagen licht kunt veranderen.

Het opslaan van licht voor alle mogelijke kleuren is nu gelukt door onderzoekers van de Universiteit van Mainz (hier het paper). De truc die ze gebruiken is niet door het licht te vertragen, maar door het licht eindeloos rondjes laten cirkelen in een verdikte, ‘fles-vormige’ glasvezel, en wel op zo’n manier dat je de kleur die erin opgesloten blijft kunt veranderen door een beetje te trekken aan de vezel.

Je kent vast wel die liften of badkamers met spiegels aan weerszijden. Daarbij zie je het spiegelbeeld van de ruimte meerdere malen omdat het heen en weer kaatst. Jammer genoeg sta je er altijd zelf tussen, daardoor kun je nooit tot ‘het oneindige’ kijken, maar als je naast je eigen hoofd kijkt kun je al wel zien dat dat toch nooit zou lukken: elke volgende spiegeling wordt weer vager. Dus een eerste vereiste om licht op te slaan is dat het licht heel goed weerkaatst wordt. In het experiment in Mainz weerkaatsen de lichtbundels gemiddeld zo’n miljoen keer voordat ze verloren gaan.

Een tweede vereiste betreft de kleur. Omdat licht een golf is, trilt het met een bepaalde frequentie en dit bepaalt de kleur. De lichtstraal zal alleen tussen twee spiegels opgesloten kunnen zitten als er een ‘staande golf’ kan ontstaan, en dit geeft dus een beperking voor de kleur. Dit is goed te vergelijken met een gitaarsnaar. Deze trilt op bepaalde frequenties die verschillende tonen (boventonen) geven afhankelijk van de lengte van de snaar. Als je een toon geleidelijk hoger wilt maken kun je de snaar korter maken en zal de frequentie waarmee de snaar trilt omhoog gaan en je een andere toon horen. Voor het licht is het dus zo dat de kleur die je tussen twee spiegels kunt opslaan ook afhangt van de afstand tussen de spiegels. En om aan te passen welke kleur je kunt opslaan moet je dus de afstand tussen de spiegels veranderen.

Wat de groep in Mainz nu voor elkaar heeft gekregen is om een glasfiber te fabriceren met een verdikking erin, precies zo dat het terug kaatst aan de vernauwingen en ondertussen rond kan cirkelen. Door de afmetingen goed te kiezen blijkt het mogelijk om door er een klein beetje aan te trekken de kleur geleidelijk veranderd kan worden van de ene boventoon naar de volgende en zo kan dus het hele spectrum gevangen worden in dit 30 micrometer grote stukje glasvezel! Afgezien van een hoop toepassingen die uiteraard hiervoor te bedenken zijn (Bregje kan tevreden zijn) is het ook een erg mooi experiment!