Omkeerbare lasertrekstraal heeft enorm potentieel

Liefhebbers van sciencefiction zijn waarschijnlijk bekend met de trekstraal: het concept van een laserstraal die objecten zoals meteorieten of ruimteschepen over een grote afstand kan aantrekken, wegduwen of vasthouden. Een onderzoeksgroep aan de Australian National University brengt deze straal nu weer een stapje dichter bij de werkelijkheid.

De trekstraal of tractorbeam die zij testten is gemaakt uit een holle laserstraal (een laser die helder is aan de randen en hol in het midden) en kan deeltjes van 0,2 mm diameter tot 20 cm ver verplaatsen. Dat lijkt misschien weinig, maar het is ongeveer honderd keer verder dan tot nu toe in experimenten gelukt is. “Een werkende grootschalige laserstraal als deze is een beetje de heilige graal voor laserfysici”, zegt professor Wieslaw Krolikowski.

Die eerdere experimenten, zoals die van de University of St Andrews, gebruikten de beweging van fotonen om deeltjes op een microscopisch niveau te verplaatsen. Het experiment van de ANU gebruikte de laser echter op een andere manier: het team gebruikte hitte in plaats van fotonenbeweging.

Het onderzoeksteam zette miscroscopische glasdeeltjes met een gouden coating vast in de donkere kern van de laserstraal. Energie van de laser passeert over het oppervlak van de deeltjes, en wordt daar geabsorbeerd. Hiermee worden zogenaamde hotspots gecreëerd; wanneer luchtdeeltjes botsen op deze hotspots, worden ze heet en schieten ze weg van het deeltje; op zijn beurt beweegt het glasdeeltje door de weerslag naar de tegenovergestelde richting.

Om die bewegingen van de deeltjes ook te kunnen controleren, regelt het team nauwkeurig de polarisatie van de laserstraal: zo wordt steeds het gewenste stukje van de oppervlakte van een deeltje verwarmd.

“We hebben een techniek ontwikkeld waarmee we ongebruikelijke polarisatieniveaus kunnen creëeren in de ringvormige laserstraal: stervormig (axiaal) of ringvormig (azimutaal) gepolariseerd, bijvoorbeeld”, zegt dr. Cyril Hnatovsky, directeur van de ANU. “We kunnen vloeiend van de ene naar de andere polarisatie bewegen om het deeltje op die manier te doen stoppen of z’n bewegingsrichting naar wens om te draaien.”

Toepassing
Deze techniek heeft een enorm potentieel: zij is veelzijdig, omdat zij maar één laserstraal nodig heeft. Praktisch zou de techniek toegepast kunnen worden bij het verminderen van atmosferische vervuiling, of bij het verzamelen van minuscule, kwetsbare of gevaarlijke deeltjes voor stalen. Maar het hele proces zou ook op grotere schaal ingezet kunnen worden.

“Omdat lasers hun straalkwaliteiten over erg lange afstanden behouden, zou dit systeem kunnen werken over afstanden van vele meters. Ons lab was gewoon niet groot genoeg om dat te laten zien”, zegt co-auteur Dr. Vladlen Shvedov.

Laat het duidelijk zijn dat het verplaatsen van tonnen staal of andere materie – op aarde of in de ruimte – nog niet voor morgen is. Deze technologie brengt ons echter alweer een klein stapje dichter bij Star Trek – nu het teletransporteren nog…