Wissenschaftler der Universität von Rennes in Frankreich haben erstmals direkt die Zeitverzögerung eines Lichtstrahls bei Totalreflexion an einer Glasoberfläche bestimmt. Dazu schossen die Forscher einen nur wenige Femtosekunden kurzen Laserblitz durch ein Glasprisma und beobachteten den an der Glas-Luft-Grenzfläche totalreflektierten Strahl. Dabei konnten sie eine von der Polarisation des Lichts abhängige Zeitverzögerung von mehreren Duzend Femtosekunden nachweisen. Die Studie ist in den Physics Letters A (Band 336, Seite 271) abgedruckt.
Totalreflexion eines Lichtstrahls an einer Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Stoffen findet im Allgemeinen dann statt, wenn der Lichtstrahl von einem optisch dichteren in einen optisch dünneren Stoff mit einem geringeren Brechungsindex übergeht, und wenn zusätzlich der Winkel zwischen Strahl und Grenzfläche klein genug ist. Albert Le Floch und seine Kollegen untersuchten in ihrem Experiment die Totalreflexion mithilfe eines Glasprismas (siehe Bild), um eine vor etwa 50 Jahren von Eugene Wigner aufgestellte Hypothese über eine Zeitverzögerung von Licht bei einer derartigen Reflexion zu überprüfen.
Um herauszufinden, um welche Zeitspanne der Lichtstrahl durch die Totalreflexion verzögert wurde, mussten die Forscher zunächst die Laufzeit ihres Laserblitzes vom Ort seiner Entstehung zum Detektor bei gewöhnlicher Reflexion bestimmen. Dazu überzogen die Forscher das Prisma mit einer Quecksilberschicht, an der der Strahl wie bei einem metallischen Spiegel reflektiert werden konnte.
Die Forscher mussten daraufhin nur diese Zeit mit der eines an der Glas-Luft Grenzfläche totalreflektierten Strahls vergleichen. Überraschenderweise stellten sie dabei fest, dass die gemessene Zeitverzögerung zwischen 28 und 57 Femtosekunden betrug und von der Polarisation des Lichtstrahls abhing. Dies deutet daraufhin, dass der schon von Newton im siebzehnten Jahrhundert beschriebene Vorgang der Totalreflexion immer noch nicht komplett verstanden ist.
Stefan Maier
