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Hawking-Strahlung im Labor?

Atomphysik soll Licht auf Schwarze Löcher werfen

Von Rainer Scharf

In der Nähe eines Schwarzen Loches ist die Schwerkraft so stark, daß weder Materie noch Licht entkommen können. Demnach wären diese ungewöhnlichen Objekte vollkommen schwarz. Der britische Physiker Stephen Hawking aber behauptete 1974, daß Schwarze Löcher durchaus Licht abstrahlen können. Ein direkter Nachweis dieser extrem schwachen Strahlung ist indes bislang nicht gelungen. Würde man ein künstliches Schwarzes Loch jedoch im Labor herstellen, dann kannte man das Leuchten der Hawking-Strahlung mit bloßem Auge 'sehen. Das zeigen Überlegungen eines deutschen Theoretikers.

Die von Hawking vorhergesagte Strahlung soll am Rand des Schwarzen Loches entstehen, wo die Schwerkraft gerade stark genug ist, das Licht festzuhalten. Die Lichtwellen kommen dann nicht mehr voran. Für einen außenstehenden Beobachter erscheinen sie deshalb wie eingefroren. Diese ungewöhnliche Situation hat, den Gesetzen der Quantenphysik zufolge, überraschende Konsequenzen. Am Rand des Schwarzen Loches entstehen aus dem Nichts heraus paarweise Photonen, von denen jeweils eines in das Loch fällt, während das andere mit Mühe diesem Schicksal entrinnt und als Hawking-Strahlung entweichen kann.

Der Theoretiker Ulf Leonhardt von der University of St. Andrews in Schottland hat nun vorgeschlagen, ein künstliches Schwarzes Loch mit Atomen und Laserlicht im Labor herzustellen. Seiner Ansicht nach ließe sich damit die Hawking-Strahlung vergleichsweise leicht beobachten ("Nature", Bd. 415, S. 406). Das Licht würde man dabei nicht mit Hilfe der Schwerkraft zum Stillstand bringen, sondern mit der sogenannten elektromagnetisch induzierten Transparenz. Mit dem Verfahren war es Forschern in den Vereinigten Staaten im vergangenen Jahr gelungen, eine Lichtwelle abzubremsen und zu stoppen.

Die Forscher um Lene Vestergaard Hau vom Rowland Institute for Science in Cambridge/Massachusetts hatten bei ihren Versuchen zunächst eine Lichtwelle auf eine Wolke aus ultrakalten Atomen gerichtet, die lichtundurchlässig war. Anschließend machten sie die Wolke für die Lichtwelle transparent, indem sie die Atome mit einem Laserstrahl abgestimmter Frequenz anregten. Die Lichtwelle konnte daraufhin in die Atomwolke eindringen, allerdings nur extrem langsam. Als sie vollständig in der Wolke verschwunden war, schalteten die Forscher die Laserstrahlung aus. Die Wolke wurde wieder lichtundurchlässig, und die Lichtwelle war in der Wolke gefangen. Ihre Geschwindigkeit war desto geringer, je schwächer die Laserstrahlung war, mit der die Atome zuvor angeregt wurden.

Nun schlägt Ulf Leonhardt vor, ein zigarrenförmiges Atomwölkchen in einer Weise anzuregen, daß die Intensität der Laserstrahlung an den beiden Enden der Wolke maximal ist und zur Mitte hin bis auf Null abnimmt. Dadurch würde auch die Geschwindigkeit der gefangenen Lichtwelle von den Enden der Wolke zur Mitte hin abnehmen. In der Mitte stünde die Welle dann sogar still. Nach Ansicht von Leonhardt hätte man dadurch ähnliche Verhältnisse geschaffen, wie sie am Rand eines Schwarzen Loches herrschen.

Nach den Berechnungen von Leonhardt sollte die Mitte der Atomwolke, also die Stelle, an der das Licht stillsteht, in ähnlicher Weise strahlen wie der Rand eines Schwarzen Loches. Die dadurch entstehenden Photonen würden sich zunächst extrem langsam und dann immer schneller zu den Enden der Wolke hin bewegen. Die Energie für diese Photonen stammte aus der Laserstrahlung, mit der die Atome angeregt werden. Der Forscher erwartet, daß auf diese Weise einige Millionen Photonen in der Sekunde entstehen - genug also, das Leuchten dieses künstlichen Schwarzen Loches sehen zu können. 
 
Frankfurter Allgemeine Zeitung, 31.01.2002, Nr. 26 / Seite 42

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