D. Lenz
Eine neu entdeckte Form von Lichtstrahlen windet sich nicht nur schraubenförmig, sie ändert auch ihre Windungsdichte. Physiker versprechen sich zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten von der näheren Erforschung und Anwendung dieser neuen Eigenschaft des Lichts.
Salamanca (Spanien). Ein Team von Wissenschaftlern um Laura Rego von der Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica, Departamento de Física Aplicada, Universität von Salamanca verkünden im Fachmagazin Science die Entdeckung einer neuen Eigenschaft von Licht. Bereits seit längerem ist bekannt, dass Licht über einen Bahndrehimpuls oder OAM (von der englischen Bezeichnung Orbital Angular Momentum) verfügt. Der OAM führt dazu, dass sich Lichtwellen bei der Ausbreitung spiralförmig um ihre eigene Achse drehen. In Zusammenarbeit mit dem JILA-Forschungszentrum in Colorado in den USA gelang es dem spanischen Wissenschaftlern nun nachzuweisen, dass sich der OAM variieren lässt.
Laura Rego und ihr Team haben die Theorie aufgestellt, dass unter den richtigen Bedingungen OAM-Lichtwellen mit unterschiedlichen Windungsdichten erzeugt werden können. Auch eine Nachweismethode für die neue Funktion des Lichts konnte bereits in den theoretischen Modellen gefunden werden. Die Änderung der Windungsdichte würde die Frequenz des Lichts ändern und in Schallwellen umgesetzt einen sich ändernden Ton produzieren. Allerdings verfügte das Team in Spanien nicht über die nötige Ausrüstung, um das Experiment praktisch durchzuführen und daher wandte man sich an die Kollegen in Colorado.
Doch auch am JILA, dem ehemals als Joint Institute for Laboratory Astrophysics bekannten Forschungsinstitut, stellten die Anforderungen des Experiments eine Herausforderung dar. Obwohl sie bereits als Experten in der Herstellung von OAM Licht gelten, ist sie nämlich auch für Kevin Dorney vom JILA und seine Kollegen alles andere als einfach. Schließlich gelang es aber zwei Strahlen von OEM Licht, deren Frequenz sich um einen Bahndrehimpuls unterschied, zu erzeugen und zur Überlagerung in einer sich in Überschallgeschwindigkeit ausdehnenden Argongaswolke zu bringen. So wurde, wie erwartet, ein veränderlicher Ton erzeugt und die Änderung der Windungsdichte auch in der Praxis nachgewiesen.
Laut Laura Rego sollten wir uns das OAM Licht als eine Abfolge von Photonen vorstellen von denen jedes einen höheren Bahndrehimpuls als sein Vorgänger besitzt. Dies legt das Bild einer Schraube oder eines Korkenziehers nahe, doch diesen Vergleich lehnen die spanischen Physiker ab. Sie schlagen stattdessen vor, an ein Croissant zu denken da die Veränderung der Windungsdichte zu einem "Selbstverdrillungs Effekt" des Lichts führt. Dieser auf Englisch als Self-Torque bezeichnete Effekt ist der Wissenschaft bereits aus anderen physikalischen Systemen, wie zum Beispiel der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein und der Elektrodynamik bekannt. Lediglich, dass er auch bei Lichtstrahlen vorkommt ist eine neue Entdeckung.
Bereits vor der Entdeckung der neuen Eigenschaft des OAM Lichts, war bekannt, dass es möglich ist den Drehimpuls des Lichts auf mikroskopisch kleine Partikel zu übertragen. Die Entdeckung der Veränderlichkeit seiner Frequenz eröffnet jedoch weitere Möglichkeiten Informationen in Licht zu kodieren und in dieser Form durch die Luft weiterzuleiten. Die Wissenschaftler erhoffen sich zudem weitere neue Erkenntnisse für die Grundlagenphysik. OAM Licht könnte genutzt werden, um die dynamische Struktur von Substanzen und Nano-Moleküle näher zu analysieren und dadurch zur weiteren Verbesserung der Technologie von Smartphones und Computern beitragen.
Science, doi: 10.1126/science.aaw9486
