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Der Strahl zieht Gegenstände an

24.01.2013

Eine Gruppe von Physikern unter der Leitung von Pavel Zemanek vom Institut für wissenschaftliche Instrumente an der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Brünn hat einen experimentellen Prototyp eines solchen Geräts entwickelt, das in der Lage ist, ausreichend große Mikropartikel anzuziehen und zu bewegen. Wie die Forscher anmerken, gibt es heute mehrere theoretische Ansätze, um einen anziehenden Strahl zu erzeugen. Einige von ihnen basieren auf bereits existierenden Entwicklungen auf dem Gebiet der optischen Manipulation von Materie, wie etwa "Lichtzangen" oder optische Fallen. Andere verwenden einen speziell „verwirbelten“ Laserstrahl oder eine Kombination aus mehreren Lichtstrahlen.

Zemanek und Kollegen wählten den letzteren Ansatz. Ihnen zufolge können Sie damit ziemlich große Partikel erfassen, deren Abmessungen 300-400 nm erreichen können. Das unterscheidet ihn positiv von anderen Arten von „attraktiven Strahlen“, die nur einzelne Atome oder wenige Nanometer große Nanopartikel bewegen können.

Die Erfindung von Zemanek und seinen Kollegen besteht aus zwei Lasern, einem speziellen Spiegel und einem Computer, der die Polarisation und andere Eigenschaften der Emitter steuert. In diesem Fall ist der Spiegel kein notwendiges Bauteil, aber er hilft dem Traktorstrahl, die erfassten Objekte anzuheben und dadurch ihre maximal mögliche Masse zu erhöhen. Während des Betriebs des Geräts fangen Laserstrahlen mit einer speziell ausgewählten Frequenz und Polarisation das zu untersuchende Teilchen ein. In diesem Moment bleiben ihre Polarisation und einige andere Eigenschaften des Laserstrahls gleich, wodurch die Position des Partikels festgelegt wird. Um das Teilchen in eine beliebige Richtung zu bewegen, ändern die Wissenschaftler die Polarisation des Strahls und die Position eines der Laser.

Zemaneks Gruppe testete ihre Erfindung, indem sie versuchte, eine von mehreren im Wasser schwimmenden Polystyrolkugeln mit einem Durchmesser von 100 bis 410 nm zu „fangen“ und zu bewegen. Laut den Physikern funktionierte ihre Erfindung gut - im Durchschnitt konnten die Wissenschaftler die Kugel 25 bis 30 Mikrometer von ihrer ursprünglichen Position entfernen. Dieses Ergebnis ist ein Rekord für Geräte dieser Art. Laut Wissenschaftlern lässt sich die Transportreichweite leicht erhöhen, indem man die Leistung des Laserstrahls erhöht. Die Autoren des Artikels setzten das Experiment fort, indem sie die Kugeln nach Größe sortierten.

Zemanek und seine Kollegen schlagen vor, dass dieses Gerät in seiner jetzigen Form bereits als eine der Komponenten von Mikroskopen verwendet werden kann, die es Wissenschaftlern ermöglichen, einzelne Materiepartikel oder lebende Zellen einzufangen und sie in die richtige Richtung zu bewegen. Darüber hinaus könnte die Weiterentwicklung dieser Technologie die Grundlage für „kosmische“ Traktorstrahlen werden, mit denen Astronauten fehlerhafte Satelliten oder Asteroidenfragmente einfangen werden.

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