Australske forskere har udført et eksperiment, hvor de med en laserstråle på kontrollabel vis enten kan skubbe eller trække i små kugleformede glasskaller.
Eksperimentet er udført over afstande på 20 centimeter. Det er omkring 100 gange længere, end andre formere for traktorstråler har kunnet trække i partikler, oplyser Wieslaw Krolikowski fra Australian National University i en pressemeddelelse. Han forestiller sig, det vil være muligt at øge denne længde til flere meter uden større problemer.
Forskningsresultatet er offentliggjort i en artikel i Nature Photonics.
En af fiduserne er, at forskerne benytter en ringformet eller hul laserstråle, hvor intensiteten er koncentreret i en ring uden om centrum, og intensiteten er lav i midten af laserstrålen.
I modsætning til en sædvanlig laserstråle, hvor intensiteten er kraftigst i midten, vil en sådan laserstråle kunne holde en partikel fastholdt i laserstrålens lys. Det er afgørende for at opnå et stabilt system i modsætning til et ustabilt system, hvor partikler let skubbes sideværts og ud af laserstrålen.
Sådan skubber og trækker lys i partikler med bevægelsesmængde
Det er velkendt, at lys kan skubbe til genstande, idet fotoner besidder bevægelsesmængde. Det er en teknik, der eksempelvis kan udnyttes i solsejl til at sende satellitter ud i rummet væk fra Solen.
På snedig vis kan man dog også lave et interferensmønster mellem krydsende laserstråler, der kan trække i partikler i stedet for at skubbe.
Andre forskere har også udnyttet dette princip med lydbølger.
Sådan kan varmeopvarmning udnyttes til det samme
Forskerne fra Australian National University anvender dog et helt andet princip i deres nyeste tiltag, der er baseret på fotoforetisk kraftpåvirkning, som stammer fra en ujævn opvarmning af partiklen.
Denne varme afgives til molekyler i luften eller væsken, der omgiver partiklen. Når disse molekyler derved forsvinder væk fra partiklen, vil de give partiklen en kraftpåvirkning i modsat retning, som kan være mange gange større end den oprindelige påvirkning af lyset på partiklen.
Hvis opvarmningen af partiklen primært sker i den halvdel, der vender bort fra laserstrålens retning, vil partiklen derfor få en kraftpåvirkning hen mod en laserstrålen, som derved fungerer som en traktorstråle.
Hvis opvarmningen derimod sker på den side af partiklen, der vender hen mod laserstrålen, vil opvarmningen skubbe partiklen længere bort fra laserstrålen.
Forskerne har eksperimenteret med halvgennemsigtige, hule glaskugler med en diameter mellem 50 og 70 mikrometer belagt med et tyndt guldlag (ca. 25 nanometer).
Polarisationen styrer retningen
Hvis laserlyset er polariseret i azimutal retning (ringformet), vil laserenergien primært blive absorberet på bagsiden af skallen på den modsatte side, hvor laserlyset rammer, og dermed give en kraftpåvirkning hen mod laserstrålen.
Hvis laserlyset er polariseret i aksial retning, vil energien dermed blive absorberet, hvor laserlyset rammer kugleskallen. Det vil skubbe partiklen væk.
Forskerne har ydermere vist, at de gradvist kan ændre polarisationsretningen, så de kan stoppe partiklernes bevægelse og ændre retning, ligesom de ønsker.
Det forhold, at teknikken kun er baseret på en laserstråle i modsætning til andre traktorstrålesystemer, gør teknikken velegnet, mener forskerne.
De mener, teknikken eksempelvis kan bruges til at kontrollere atmosfærisk forurening eller til at fjerne små farlige partikler.
Det vil dog nok kræve en mere indgående undersøgelse at bestemme de partikler, som opfører sig på samme vis som de guldbelagte glasskaller.
Leave a Reply