Je leest:

Eerste echte ‘tractor beam’ is een feit

Eerste echte ‘tractor beam’ is een feit

Auteur: | 30 oktober 2012

Met een enorme lichtstraal voorwerpen, ruimteschepen of mensen naar je toe trekken: in sciencefiction is de ‘tractor beam’ allang een begrip. Amerikaanse wetenschappers hebben nu voor het eerst een échte versie gemaakt. Het werkt weliswaar alleen voor hele kleine deeltjes, maar toch.

We zijn gevangen in een tractor beam! Het trekt ons naar binnen’, roept ruimtepiraat Han Solo in paniek als zijn schip het enorme ruimtestation, de Death Star, wordt ingezogen. Liefhebbers van sciencefiction zullen zich deze scène uit de eerste Starwars-film A New Hope uit 1977 vast kunnen herinneren. Het is één van de vele voorbeelden in sciencefiction van het idee dat een laserstraal voorwerpen naar zich toe kan trekken. Na decennialang voorbehouden te zijn geweest voor de fantasie is zo’n ‘tractor beam’ (in het Nederlands: trekstraal) nu eindelijk werkelijkheid geworden.

Ook in de serie Star Trek ontbreekt de ‘tractor beam’ niet. In deze clip uit Star Trek: The Next Generation, wordt het idee mooi geillustreerd.

Ruimtevaartuigen zoals IKAROS kunnen gebruik maken van de energie in lichtdeeltjes om te versnellen.

Kracht van licht

Het is bekend dat je met licht voorwerpen in beweging kunt zetten. Licht is niet alleen een golf, maar tegelijk een stroom van deeltjes, fotonen. Ze wegen weliswaar niets, maar toch hebben fotonen voldoende energie om iets een minimaal duwtje te kunnen geven. Sommige ruimtevaartuigen maken hiervan gebruik door met enorme ‘zonnezeilen’ vooruit te bewegen.

Net zo gebruikt men al jaren in laboratoria de kracht van licht om kleine moleculen vast te houden. Zo’n optisch pincet (in het Engels: ‘optical tweezer’) bestaat uit meerdere laserbundels die een deeltje op één plek vastzetten, zodat je het goed kunt bestuderen.

Maar in deze voorbeelden gaat het vooralsnog om het duwende effect van licht. Voor een ‘tractor beam’ is het nodig dat licht juist trekt aan een object. De Amerikaanse wetenschappers David Grier en David Ruffner, van New York University, zullen zich onsterfelijk hebben gemaakt bij sciencefictionfans, want zij zijn het die dat kunstje voor het eerst hebben geflikt. De twee baseerden zich voor een groot deel op een idee dat Chinese onderzoekers vorig jaar bedachten.

Een dwarsdoorsnede van een Bessel-bundel.
Wikimedia Commons

Reflectie aan de achterkant

Dat team berekende dat het moest lukken als je een speciaal type lichtbundel gebruikte, een zogeheten Bessel-bundel, waarbij het licht in ringen wordt uitgezonden. Van voren gezien lijkt zo’n bundel op de golven in een vijver nadat je er iets in hebt gegooid.

Zou je zo’n bundel onder een bepaalde hoek op een klein deeltje richten dan is het volgens de Chinezen mogelijk dat ook fotonen aan de ‘achterkant’ reflecteren. Sterker nog, de kracht van deze fotonen zou sterker kunnen zijn dan de fotonen die aan de voorkant op het deeltje botsen. Kortom, het deeltje zou duwtjes in de richting van de lichtbron krijgen en er langzaam naar toe bewegen.

Grier en Ruffner zijn de eersten die erin slagen in hun lab zo’n bundel te maken. In feite gebruikten ze twee Bessel-bundels die ze met een lens zo konden overlappen, dat een bewegend licht-donker patroon ontstaat over de lengte van de bundel. Een foton uit een licht deel in de bundel kan een deeltje in de bundel passeren om er vervolgens aan de achterkant van te reflecteren. Hierdoor duwt dit foton het deeltje naar een volgend licht stukje, in de richting van de bron.

Interesse van NASA

De Amerikanen slaagden er met hun opstelling in microscopisch kleine bolletjes silicium opgelost in water over afstanden van dertig micrometer (een duizendste millimeter) naar de laserbron toe trekken. Een knappe prestatie, die laat zien dat deze techniek wellicht interessant is om kleine moleculen onder de microscoop te bewegen.

Ruimtevaartorganisatie NASA heeft al interesse getoond in de ontdekking. Eind vorig jaar liet NASA al weten de mogelijkheden voor ‘tractor beams’ te bestuderen, dit om ruimtevaartuigen stof of andere deeltjes uit de ruimte op te laten vangen voor nadere analyse. Maar volgens de onderzoekers is die toepassing nog ver weg. Dus aan het binnenhalen van een ruimteschip moeten we nog helemaal niet denken. Maar het begin is er.

Bron:

Ruffner, D.B. & Grier, D.G., Optical conveyors: A class of active tractor beams, Physical Review Letters (18 oktober 2012).

Lees meer over bewerken met licht op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/optisch-pincet/index.atom?m=en", “max”=>"5", “detail”=>"minder"}

Lees meer over wetenschap en science fiction op Wetenschap24:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 30 oktober 2012
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.