Video: Forscher entwickeln Laser-Traktorstrahl der an Kügelchen zieht

Licht bewegt Dinge. Schon Johannes Kepler vermutete es, als er Kometen beobachtete. Es machte den Astronomen stutzig, dass ihr Schweif stets von der Sonne weg zeigte. Strahlungsdruck nennen heutige Physiker das Phänomen: Licht schubst alles vor sich her, auf das es trifft. Zu spüren bekommen das neben Kometen auch Raumsonden.

Ein Team von Wissenschaftlern von der Universität von St Andrews und dem Institute of Scientific Instruments in Tschechien hat es nun aber geschafft das Schubsen in geordnete Bahnen zu lenken. Sie bauten einen Laser zu einer Art Traktorstrahl à la Raumschiff Enterprise um.

Der tschechisch-schottischen Forschergruppe ist es gelungen die Richtung, in die Licht Objekte drückt, geschickt zu manipulieren. Statt mikroskopische Teilchen von sich weg zu drängen, bewegte ihr Laser in Wasser schwimmende Styropor-Kügelchen einige Mikrometer zu sich hin.

Das Geheimnis hinter der überraschenden Bewegung ist ausgeklügelte Impulsübertragung zwischen Lichtteilchen und Kügelchen. Die Physiker verwandelten das Schubsen in ein Ziehen, indem sie die Größe der Partikel und den Laser aufeinander abstimmten. Zudem schickten sie den Strahl gleich zweimal an den Teilchen vorbei. Die von den Kunststoffteilchen abgelenkten Photonen gaben ihnen so letzten Endes einen Schub, der sie zur Lichtquelle hin bewegte. Da Eigenschaften wie Größe und Masse der Partikel dabei eine große Rolle spielen, erdachten die Forscher auch eine andere Anwendungsmöglichkeit für ihren Traktorstrahl. Feinsäuberlich kann er unterschiedliche Styropor-Teilchen nach Größe sortieren.

Traktorstrahl als Sortierhilfe

Das Video zeigt im ersten Teil, wie die Forscher mit ihrem Strahl, die Kugeln nach ihrem Durchmesser in zwei Gruppen trennen. Sie richten den Strahl auf einen Teilchenhaufen und bewegen damit die großen Kügelchen nach links, die kleineren hingegen wandern nach rechts. Im zweiten Teil zieht der Laserstrahl an einer Reihe von Partikeln und befreit sie aus einem Klumpen. Sie bewegen sich aufgereiht in eine Richtung. "Taucht die für den Strahl geeignete Konfiguration von Partikeln auf, stabilisiert sie der Traktorstrahl", erklärt Tomasz Cizmar, ein Mitarbeiter des Projekts. "Die Struktur als Ganzes bewegt sich dann zum Traktorstrahl hin."

Die Forscher sehen Anwendungsmöglichkeiten ihrer Technik auf mikroskopischer Ebene beispielsweise in der Medizin. Der Traktorstrahl könnte helfen, Blutproben in ihre Bestandteile zu sortieren oder große Moleküle herauszufischen. Auch die Raumfahrt könnte von der Erfindung profitieren. Mit der Technik ausgestattete Sonden wären in der Lage so Gasproben berührungsfrei zur Analyse einzufangen.

Größere Objekte über längere Strecken zu bewegen, bleibt aber auf absehbare Zeit nur im Star-Trek-Universum möglich, in dem der Traktorstrahl zur Standardausstattung von Raumschiffen gehört. Der dafür nötige Laser müsste eine enorm hohe Leistung haben. Die überschüssige Wärme am Zielobjekt abzuführen, würde dann zum Problem. Ein freundliches Abschlepp-Manöver der Enterprise wäre schnell ein kriegerischer Akt. Denn das angepeilte Raumschiff könnte verdampfen.