Hur man förvandlar en laser till en traktorstråle

En foton har ett litet momentum som den kan ge till allt den träffar, som Arthur Compton och Peter Lebedev upptäckte i början av förra seklet. Vi vet nu att fotoner kan användas för att driva allt från elektroner till solsegel.

Idag visar Jun Chen från Fudan University i Kina och några kompisar det kontraintuitiva resultatet att fotoner också kan dra saker. Med andra ord, de har räknat ut hur man genererar en bakåtdragande kraft från en framåtriktad stråle.

Chen och kompisar säger att detta är möjligt när systemet uppfyller två villkor. För det första fungerar det bara för strålar där rörelsemängden i utbredningsriktningen är liten, vilket är fallet för strålar som bara tittar bort från ett föremål. För det andra måste fotonerna samtidigt excitera flera multipoler inom partikeln, som sprider strålen.

Om spridningsvinkeln är precis rätt kan den totala rörelsemängden i utbredningsriktningen vara negativ, vilket innebär att partikeln dras tillbaka mot källan och ljuset blir en traktorstråle.

Detta får inte förväxlas med olika mekanismer av optisk pincett där partiklar fångade i en stråle följer ljusets intensitetsgradient. I detta fall når partiklarna alltid någon jämviktspunkt där intensiteten når ett maximum.

Chen och cos nya kraft fungerar när det inte finns någon gradient. Givet chansen kommer deras traktorstråle att dra en partikel hela vägen tillbaka till källan.

Det är ett praktiskt extra verktyg i nanomanipulatorns trickbox. Detta kan öppna nya vägar för optisk mikromanipulation, varav typiska exempel är att transportera en partikel bakåt över en lång sträcka och partikelsortering, säger Chen och co.

Det här är en teoriuppsats så det finns en pusselbit kvar att passa. Allt de behöver göra nu är att visa att deras traktorbalk fungerar.

Ref: arxiv.org/abs/1102.4905 : Dragkraft bakåt från en framåtriktad stråle

Dölj