Физики разрабатывают реверсивный лазерный трактор, функционирующий на больших расстояниях

Космические корабли в фильмах и телешоу обычно используют тракторные балки для буксировки других судов или удержания их на месте. Физики усердно трудились, пытаясь превратить эту технологию из научной фантастики в реальность. Значительный процесс недавно был сделан командой, которая разработала лазерный луч трактора, способный притягивать и отталкивать частицы примерно в 100 раз дальше, чем было достигнуто ранее. Ведущий автор статьи, опубликованной в Фотоника природы Владлен Шведов в Австралийском национальном университете в Канберре.

Другие недавние тракторные балки использовали акустика или же воды , но этот использует один лазерный луч для управления крошечными частицами диаметром около 0,2 миллиметра. Тракторный луч мог манипулировать частицами с расстояния 20 сантиметров, разрушая предыдущие рекорды. Несмотря на это невероятное расстояние, исследователи утверждают, что он все еще находится на коротком конце того, что возможно для этой техники луча трактора.

«Поскольку лазеры сохраняют качество луча на таких больших расстояниях, это может работать на расстоянии нескольких метров. Наша лаборатория просто не была достаточно большой, чтобы показать это », - сказал Шведов пресс-релиз ,

Предыдущие лазерные лучи трактора фокусировались на использовании фотонов для бомбардировки частиц и использования этого импульса для продвижения их вперед; нестабильный метод, который был только умеренно успешным. Тракторный луч от ANU использует полый лазерный луч, чтобы окружить частицу, и тепло от луча воздействует на воздух и может перемещать частицу вперед, удерживать ее или даже тянуть назад.

Изображение: (а) Нестабильные условия создаются для частиц с гауссовыми пучками. (б) Полые лазерные лучи создают стабильные условия, которыми можно манипулировать. (в) диаграмма частиц стекла внутри полого лазерного луча. Кредит: Шведов и др., Природная фотоника

«Демонстрация такого крупномасштабного лазерного луча является своего рода святым Граалем для физиков-лазеров», старший автор Веслав Кроликовский прокомментировал ,

Частицы, использованные в исследовании, представляли собой крошечные позолоченные стеклянные сферы. Лазерный луч взаимодействует с частицами и создает горячую точку. Когда частицы воздуха попадают в горячую точку, они нагреваются и уносятся. Сила отрывающегося от воздуха воздуха толкает частицу в противоположном направлении.

Этот метод не только используется на больших расстояниях, но и дает команде беспрецедентный уровень контроля над тем, куда движется частица. Управляя положением горячей точки путем изменения поляризации лазера, исследователи могут контролировать, в каком направлении нагретый воздух будет толкать частицу. Его можно легко толкать, тянуть или удерживать в одном месте, просто изменив поляризацию лазера.

«Мы разработали методику, которая может создавать необычные состояния поляризации в лазерном луче в форме пончика, такие как звездообразный (аксиальный) или кольцевой поляризованный (азимутальный)», - добавил соавтор Кирилл Гнатовский. «Мы можем плавно переходить от одной поляризации к другой и, тем самым, останавливать частицу или менять ее направление по желанию».

К сожалению, даже если луч трактора успешно испытан в большем пространстве, он не будет использоваться для намотки на вражеский космический корабль, как в кино (не то, чтобы это было огромной проблемой для человечества сейчас). Исследователи отмечают, что этот вид луча трактора может быть очень полезен для физиков, которым необходимо контролировать отдельные частицы, и его можно даже использовать для манипулирования загрязнителями в воздухе.

Похожие