室溫下紅寶石可以大幅度降低光速～
姚正邦
在室溫下，紅寶石可以用來大幅度地降低光速。這項技術可望應用於通訊系統
的設計。「光」是物理學中令人難以捉摸的一個現象。它的粒子-波動二相性，曾經
是令科學家們想不透的問題。此外，到目前為止，它在真空中行進的速度
（C～3×108 m/s），沒有其它的物理量可與其相比。由於它在介質中行進的速度
（群速度，group velocity, 簡稱Vg），會受到該物質折射係數（n）的影響而變慢
（Vg=C/n），科學家們從很早就在思考，如何能夠將光的速度，減慢到可以與其它
實驗配合的程度。
由於當光的速度受到介質影響而變慢的同時，其被介質所吸收的程度也特別
嚴重，使得實驗無法準確地量測到這個現象。近年來，科學家們採用一項名為
EIT（electromagnetically induced transparency）的技術，達成在極低溫
（接近絕對溫度零度）的條件下，雷射光在特殊物質的氣體中，行進速度被減慢
到8-45m/s的結果。在最近的Physical Review Letters中，羅徹斯特大學光學
中心的Matthew Bigelow與所屬的研究小組，則發表了在室溫下，利用spectral
hole burning的效應，在紅寶石中達成將光速減慢到約57.5m/s的研究成果。
所謂的spectral hole burning效應，是在某些物質中，存在著一組能階，包含
一個基態與一個受激態，在其間有一介穩態（metastable）的能階。當有入射光
將電子由基態激發至受激態時，受激發的電子會在幾個塵秒（10-12秒）的時間
內躍遷到介穩態。在經過約長達幾個毫秒（10-3秒）的時間後，電子才會回到
基態，並釋放出波長與入射光波長相近的光子。而在該物質的吸收或穿透光譜
上，在特定的波長附近會形成一個空區，意味著該特定波長的光無法通過。並且
該頻譜空區的頻寬，大約等於電子從介穩態降回基態時間的倒數。
雖然Bigelow等人的實驗結果，並沒有為光速的降低創下新的記錄。但是，
由於他們的實驗在室溫下就可達成，這對於將這項技術轉為實際應用，提供了
令人樂觀的可能性。（科景網：www.sciscape.org提供）
取材自www.nature.com/nsu/030324/030324-4.html
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