Het samenspel tussen licht en materie lijkt niet zo ingewikkeld. De meeste lichtdeeltjes in een bundel, ook fotonen genoemd, weerkaatsen op ondoorzichtige voorwerpen en worden teruggestuurd in de richting waar ze vandaan komen. Maar bij die weerkaatsing gebeurt iets bijzonders. Hoewel fotonen geen massa hebben en dus niet voelbaar kunnen botsen, raken ze bij hun botsing wel een klein beetje energie kwijt. Die energie wordt door het voorwerp waar het licht opvalt omgezet in beweging. De beweging is altijd van de lichtbundel af gericht, het voorwerp wordt immers weggeduwd door de fotonen. Dit principe wordt toegepast in ruimtevaartuigen die grote zeilen in de richting van de zon uitklappen om te versnellen.
Dingen wegduwen met fotonen kan dus, maar onderzoekers van de Fudan-universiteit in Shanghai denken dat je met een ander proces ook voorwerpen kan aantrekken met licht. Ze maken daarvoor gebruik van de dualiteit van licht: behalve een deeltje is licht ook een elektromagnetische golf, en met elektromagnetische velden kan je materie beïnvloeden.
Naar de brond
Er ontstaat door de lichtstraal een elektrische stroom in geleidende stoffen. De vorm en samenstelling van het deeltje bepaalt hoe die stroom eruit ziet en wat hij doet. Als je die stroom kan controleren, kan je een deeltje licht laten uitzenden. Doe je dat aan zijn ‘achterkant’, dan duwt het deeltje zichzelf in de richting van de lichtbron. Zo kan je met een lichtstraal deeltjes zover krijgen dat ze naar de bron toe bewegen in plaats van ervan af.
De moeilijkheid is dat alle stukjes materie op een andere manier met licht omgaan. Je moet precies weten hoe zo’n deeltje eruit ziet, wat het voelt van elektromagnetische velden en hoe het ertoe overgehaald kan worden om licht uit te zenden. Als je die kennis hebt kan je de lichtstraal zó aanpassen dat hij precies doet wat je wilt: het deeltje naar zich toe trekken.
Kleine stapjes
Het idee van de Chinese onderzoekers is nog niet in de praktijk getest, maar als het werkt liggen de toepassingen al klaar. Bij het bestuderen van moleculen en andere kleine deeltjes worden nu nog optische pincetten gebruikt: gekruiste lichtbundels waar de deeltjes in blijven hangen. Met een aantrekkende lichtstraal kan je ze ook gericht oppakken en sorteren.
Op kleine schaal kunnen we de tractor beam (trekstraal) dus binnenkort wellicht bewonderen. Een vliegende schotel die met een sterke lichtbundel nietsvermoedende mensen ontvoert, blijft voorlopig gewoon tot de science fiction behoren. Ten grondslag hieraan ligt een beproefd principe: size does matter, ook in de natuurkunde.
Lees meer over optica op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/optica/licht/index.atom?m=of", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}