Laserstrahl scheint makroskopisches Objekt anzuziehen
Ein pfiffiges Experiment zeigt bei extrem dünner Atmosphäre einen Effekt mit der Wirkung eines Traktorstrahls.
(Bild: FrameStockFootages/Shutterstock.com)
- Jan Oliver Löfken
Traktorstrahlen sind nicht nur Raumschiffen der Borg oder Klingonen vorbehalten. Jenseits der Science-Fiction lassen sich auch Objekte auf der Nanoskala mit optischen Pinzetten durch Lichtfelder festhalten und bewegen. Nun präsentieren chinesische Forscher ein ausgeklügeltes Experiment, das einem Traktorstrahl für makroskopische Objekte mit Ausmaßen einiger Millimeter nahe kommt – zumindest, was die Wirkung betrifft.
In ihrem Versuch griffen Lei Wang und seine Kollegen von der Qingdao University of Science and Technology zu einer hauchdünnen Glasscheibe aus Siliziumdioxid, vergleichbar mit einem Deckglas für Mikroskopproben. An diese Scheibe hefteten sie mit einem Klebestreifen eine flache, wenige Millimeter durchmessende Flocke aus dem zweidimensionalen Kohlenstoffmaterial Graphen. Dieses Glas-Graphen-Objekt befestigten die Forscher an einem leichten PET-Plastikstab, der wie ein Pendel an einem dünnen Draht aufgehängt wurde.
Gemessene Zugkraft: 0,8 Mikronewton
Dieses Pendel setzten Wang und Kollegen in eine Vakuumkammer und reduzierten in dieser den Luftdruck auf 0,05 Millibar. Darin richteten sie einen türkisen Laserstrahl mit 488 Nanometer Wellenlänge auf die transparente Glasscheibe. Dadurch erwärmte sich nur das angeheftete Graphen auf der Rückseite, die vordere Glasscheibe selbst blieb kühl. Diese Wärme erhöhte nun die mittlere Geschwindigkeit der verbliebenen Moleküle in der extrem dünnen Luftatmosphäre. Der dadurch erhöhte Druck drückte das Graphen-Glas-Objekt in Richtung des Laserstrahls. Eine Bewegung, die ansatzweise an einen Traktorstrahl erinnerte.
(Bild: Lei Wang, QingDao University of Science and Technology)
Über die Auslenkung des gesamten Pendels ließ sich die bei diesem Vorgang wirkende Kraft messen. Sie lag bei 0,8 Mikronewton. "Diese Zugkraft lag mehr als drei Größenordnungen höher als der Strahlungsdruck des Lichts", sagt Wang. Tatsächlich schien nun der Laserstrahl das einige Millimeter große Glas-Graphen-Objekt anzuziehen. In weiteren Experimenten wollen die Forscher versuchen, eine solche Bewegung auch bei höheren Luftdrücken zu realisieren. Doch starke Traktorstrahlen für große und schwere Objekte werden auch weiterhin ein Privileg der Science-Fiction bleiben.
(jle)