Forscher erzeugen optischen Traktorstrahl, der Objekte anzieht

Einen Laser auf ein Objekt ausrichten und es damit bewegen: Sci-Fi nennt die Idee gerne Traktorstrahl, in der Forschung sind "optische Pinzetten" schon länger im Einsatz, allerdings mit sehr beschränkten Möglichkeiten. Einer Forschergruppe ist hier ein Durchbruch gelungen.

Mit Laser Dinge bewegen: den Forschern geht ein neues Licht auf

Mit einer Pinzette kann man kleine Objekte halten und manipulieren. Dieses Prinzip, auch optische Falle genannt, wird schon heute in der Forschung eingesetzt, um mit Atom und Zellen arbeiten zu können. Wie jetzt Phys berichtet, ist es einer Forschergruppe gelungen, einen großen Durchbruch für das Feld der optischen Manipulation zu erreichen. Mithilfe von Laserlicht erzeugen sie einen Traktorstrahl, der genug Kraft ausübt, um größere Objekte anziehen zu können.

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"In bisherigen Studien war die Zugkraft des Lichts zu schwach, um ein makroskopisches Objekt zu bewegen", so Lei Wang von der Qingdao University of Science and Technology in China. "Mit unserem neuen Ansatz hat die Lichtzugkraft eine viel größere Amplitude." Der Forscher stellt hier einen interessanten Vergleich mit einer bekannten Technik an, bei der Lichtdruck genutzt wird: Sonnensegel. Demnach könne in dem Versuchsaufbau eine "mehr als drei Größenordnungen größere" Zugkraft erzeugt werden wie bei den vom Sonnenwind angetriebenen Weltraumsonden. Credit: Lei Wang, QingDao University of Science and Technology

Erst der erste Zug

Die technischen Details zu dem Ansatz stellen die Forscher in der Fachzeitschrift Optics Express und in einem Video genauer vor. Der Versuch setzt eine Umgebung mit verdünnten Gas voraus. Darin wird ein rund 5 cm langes Drehpendel befestigt, das aus einer speziellen Graphen-Verbundstruktur gefertigt ist. Wird ein Laser auf das Pendel ausgerichtet, bewegt es sich Richtung Lichtquelle. Wie entsteht diese Zugkraft? Das Material des Pendels sorgt für einen umgekehrten Temperaturunterschied, wodurch bei der Laserbestrahlung die Gasmoleküle auf der Rückseite angeregt werden. Genau dieser Energieübertragung sorgt dann für die Bewegung des Objekts.

Wie Wang betont, setzt das Experiment natürlich aktuell noch sehr genau kontrollierte Bedingungen voraus. "Es zeigt auch, wie komplex die Wechselwirkungen zwischen Laser und Materie sind und dass viele Phänomene sowohl auf der Makro- als auch auf der Mikroebene noch lange nicht verstanden sind." Allerdings sind schon jetzt interessante Einsatzgebiete denkbar: "Die Umgebung mit verdünntem Gas, die wir zur Demonstration der Technik verwendet haben, ähnelt der, die man auf dem Mars findet. Daher könnte sie das Potenzial haben, eines Tages Fahrzeuge oder Flugzeuge auf dem Mars zu bewegen."


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