Robert Klatt
Forscher aus China haben einen Traktorstrahl auf Basis eines Lasers entwickelt, mit dem größere Objekte im makroskopischen Bereich bewegt werden können. In Zukunft könnte die Technik Fahrzeuge auf dem Mars bewegen.
Qingdao (China). In der Physik wird schon seit längerem darum gearbeitet, kleine Objekte mit Licht zu bewegen. Im Jahr 2010 haben etwa Wissenschaftler der australischen Nationaluniversität in Canberra haben zum Beispiel einen Laserstrahl so manipuliert, dass dieser wie ein Traktorstrahl wirkt. Dem Team um Andrei Rode gelang es damals aber nur, kleinste Partikel im mikroskopischen Bereich zu transportieren.
Nun haben Forscher der Qingdao University of Science and Technology (QUST) in China laut einer Publikation im Fachmagazin Optics Express einen Traktorstrahl auf Basis eines Lasers entwickelt, mit dem auch größere Objekte im makroskopischen Bereich bewegt werden können. Wie Lei Wang erklärt, ist dies möglich, weil die Lichtanziehungskraft eine deutlich größere Amplitude hat.
„In früheren Studien war die Lichtzugkraft zu gering, um ein makroskopisches Objekt zu ziehen. Bei unserem neuen Ansatz hat die Lichtanziehungskraft eine viel größere Amplitude. Sie ist sogar um mehr als drei Größenordnungen größer als der Lichtdruck, der zum Antrieb eines Sonnensegels verwendet wird, das den Impuls der Photonen nutzt, um eine kleine Schubkraft auszuüben.“
Im Labor ist es den Forscher gelungen, mit dem Traktorstrahl aus Laserlicht ein etwa fünf Zentimeter langes Pendel anzuziehen. Dazu richteten sie den Laser auf das Pendel, das sich anschließend erkennbar in Richtung des Lichts bewegte.
„Wir stellten fest, dass die Zugkraft um mehr als drei Größenordnungen größer war als der Lichtdruck. Darüber hinaus ist der Laserzug wiederholbar, und die Kraft kann durch Änderung der Laserleistung eingestellt werden. Unsere Arbeit zeigt, dass eine flexible Lichtmanipulation eines makroskopischen Objekts möglich ist, wenn die Wechselwirkungen zwischen dem Licht, dem Objekt und dem Medium sorgfältig kontrolliert werden. Sie zeigt auch, wie komplex die Wechselwirkungen zwischen Laser und Materie sind und dass viele Phänomene sowohl auf der Makro- als auch auf der Mikroebene noch lange nicht verstanden sind.“
Mit dem aktuellen Traktorstrahl können noch keine größeren Objekte bewegt werden. Zudem funktioniert die Technik nur unter eingeschränkten Bedingungen im Labor.
Das verwendete Pendel besteht aus einer Graphen-Siliciumoxid-Verbundstruktur. Wenn diese mit dem Laser angestrahlt wird, entsteht ein umgekehrter Temperaturunterschied. Die Rückseite wird dadurch heißer als die Seite, die vom Laser getroffen wird. Auf der Rückseite des Pendels erhalten die dortigen Gasmoleküle dadurch mehr Energie und drehen sich zum Laser. Dieser Effekt tritt aber nur in einer Edelgasatmosphäre auf, deren Druck deutlich niedriger ist als der Druck der Erdatmosphäre.
Laut Erdatmosphäre sind die atmosphärischen Bedingungen auf dem Mars jedoch ähnlich mit den Bedingungen des Experiments. Es ist laut ihm deshalb denkbar, dass ein Traktorstrahl in Zukunft auf dem Roten Planeten Fahrzeuge bewegen könnte.
„Unsere Technik ermöglicht ein berührungsloses Ziehen über große Entfernungen, was für verschiedene wissenschaftliche Experimente nützlich sein kann. Die Umgebung mit verdünntem Gas, die wir zur Demonstration der Technik verwendet haben, ähnelt den Bedingungen auf dem Mars. Daher könnte sie eines Tages das Potenzial haben, Fahrzeuge oder Flugzeuge auf dem Mars zu manipulieren.“
Optics Express, doi: 10.1364/OE.480019
