Licht bewegt sich unter Einfluss elektromagnetischer Felder nicht mit derselben Geschwindigkeit in alle Richtungen. Dieser von der Theorie vorhergesagte, nicht logisch erscheinende Effekt wurde von einem Team am Laboratoire “Collisions Agrégats Réactivité” (Centre nationale de la recherche scientifique CNRS / Université Paul Sabatier – Toulouse 3) in einem Gas erstmals experimentell demonstriert. Die Forscher maßen mit extremer Präzision von einem Milliardstel Meter pro Sekunde den Unterschied zwischen den Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten in einer Richtung und in die entgegengesetzte Richtung. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für exaktere Forschungsprojekte, die auf eine Verbesserung der Modelle zur Beschreibung elementarer Teilchen-Interaktionen abzielen. Die am 11. Mai 2011 im Journal Physical Review Letters veröffentlichte Studie verweist auf neue Anwendungen in der Optik.
In einem absoluten Vakuum bewegt sich Licht mit einer konstanten Geschwindigkeit von 299.792.458 Metern pro Sekunde fort. Es scheint logisch, dass es sich mit derselben Geschwindigkeit in alle Richtungen ausbreitet. Allerdings gibt es Situationen, in denen diese Eigenschaft nicht gültig ist, insbesondere dann, wenn elektrische und magnetische Felder angelegt werden. Derartige Fälle wurden von der Theorie erstmalig in den späten 1970er Jahren vorhergesagt und sollten sogar im Vakuum beobachtbar sein. Diese sehr kleinen Variationen sind jedoch experimentell schwer zu bestätigen.
Der technologische Fortschritt hat es jetzt möglich gemacht, diese Effekte in einem Gas (in diesem Fall Stickstoff) nachzuweisen. Um sie zu beobachten, entwickelten Forscher vom CNRS und der Université Paul Sabatier einen optischen Resonator, in dem die Lichtstrahlen ein Gerät mit Magneten und Elektroden passieren, welches die Erzeugung starker elektrischer und magnetischer Felder ermöglicht (das angelegte Magnetfeld ist 20.000 mal stärker als das der Erde). Auf diese Weise konnten sie zum ersten Mal erfolgreich experimentell demonstrieren, dass sich Licht in einem Gas, wo ein elektromagnetisches Feld herrscht, nicht mit derselben Geschwindigkeit in gegensätzliche Richtungen ausbreitet. Der gemessene Geschwindigkeitsunterschied beträgt rund ein Milliardstel Meter pro Sekunde (10-9m/s, was dem 10-18-fachen der Lichtgeschwindigkeit entspricht). Dieser winzige, von der Theorie vorausgesagte Unterschied wird durch die magnetischen und elektrischen Felder hervorgerufen.
Diese Ergebnisse eröffnen mehrere neue Möglichkeiten. Erstens könnten sie Messungen der Richtungsabhängigkeit bei der Ausbreitung von Licht weiter vorantreiben. Durch Verbesserung der Messempfindlichkeit des Gerätes könnten die Forscher eines Tages winzige Fehler der Lorentz Invarianz beobachten, die eine fundamentale Symmetrie ist, ausgedrückt als Teil der Relativitätstheorie. Das würde es möglich machen, bestimmte theoretische Vorhersagen zu testen, um das Standardmodell (ein Modell, das heute alle Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen beschreibt) zu verbessern. Zweitens könnte solch eine durch elektromagnetische Felder gesteuerte Richtungsabhängigkeit neue optische Anwendungen ermöglichen, wie etwa Komponenten, deren Verhalten sich abhängig von der Richtung ändert, wobei alles durch ein magnetisches Feld kontrolliert wird.
Quelle: http://www2.cnrs.fr/en/1859.htm
(THK)
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