So verwandeln Sie einen Laser in einen Traktorstrahl

Ein Photon hat einen kleinen Impuls, den es jedem Aufprall mitgeben kann, wie Arthur Compton und Peter Lebedev zu Beginn des letzten Jahrhunderts entdeckten. Wir wissen jetzt, dass Photonen verwendet werden können, um alles von Elektronen bis hin zu Sonnensegeln voranzutreiben.

Heute demonstrieren Jun Chen von der Fudan-Universität in China und ein paar Freunde das widersprüchliche Ergebnis, dass Photonen auch Dinge ziehen können. Mit anderen Worten, sie haben herausgefunden, wie man aus einem sich nach vorne ausbreitenden Strahl eine Zugkraft nach hinten erzeugt.

Chen und Freunde sagen, dass dies möglich ist, wenn das System zwei Bedingungen erfüllt. Erstens funktioniert es nur bei Strahlen, bei denen der Impuls in Ausbreitungsrichtung klein ist, wie es bei Strahlen der Fall ist, die nur von einem Objekt abprallen. Zweitens müssen die Photonen gleichzeitig mehrere Multipole innerhalb des Teilchens anregen, die den Strahl streuen.



Wenn der Streuwinkel genau richtig ist, kann der Gesamtimpuls in Ausbreitungsrichtung negativ sein, dh das Teilchen wird zurück zur Quelle gezogen und das Licht wird zu einem Traktorstrahl.

Dies darf nicht mit verschiedenen Mechanismen vom Typ einer optischen Pinzette verwechselt werden, bei denen in einem Strahl gefangene Partikel dem Intensitätsgradienten des Lichts folgen. In diesem Fall erreichen die Teilchen immer einen Gleichgewichtspunkt, an dem die Intensität ein Maximum erreicht.

Die neue Kraft von Chen und Co. funktioniert, wenn kein Gefälle vorhanden ist. Bei Gelegenheit zieht ihr Traktorstrahl ein Teilchen bis zur Quelle zurück.

Das ist ein praktisches Zusatzwerkzeug in der Trickkiste des Nanomanipulators. Dies könnte neue Wege für die optische Mikromanipulation eröffnen. Typische Beispiele hierfür sind der Rücktransport eines Partikels über eine lange Distanz und die Partikelsortierung, sagen Chen und Co.

Dies ist ein Theoriepapier, also muss noch ein Puzzleteil passen. Jetzt müssen sie nur noch beweisen, dass ihr Traktorstrahl funktioniert.

Ref: arxiv.org/abs/1102.4905 : Zugkraft nach hinten von einem sich nach vorne ausbreitenden Strahl

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