Von: Dennis L.
Belifante-Spin

Forscher entdecken bisher unbekannte "Lichtkraft"

Erstmals gelingt es Forschern, einen zur Wellenrichtung des Lichtes senkrecht wirkenden Effekt nachzuweisen.

Die "Lichtkraft" wirkt senkrecht zum Strahlungsdruck.
© Bryan Tong Minh / wikipedia.org

Wako (Japan). Durch Forscher konnte eine völlig neue und unbekannte Kraft des Lichts nachgewiesen werden. Diese kann in bestimmten optischen Feldern auftreten und wirkt nicht in Richtung Lichtausbreitung, wie es beim Strahlungsdruck der Fall ist, sondern senkrecht dazu. Diese neue Entdeckung stellt die Experten vor ein Rätsel.

Forschern gelang es mit der Hilfe und Unterstützung eines hochsensiblen Nano-Messbalkens, die Existenz eines völlig neuen Lichteffekts nachzuweisen. Da dieser nur sehr schwach ist, konnte dieser Nachweis eben nur mit ganz sensibler Technik erfolgen. Die Existenz dieser bisher unbekannten Kraft liefere völlig neue Einblicke in die Wechselwirkung von Materie und Licht, teilten die Forscher mit.

Das Phänomen Licht

Licht kommt zwar als ästhetisches Phänomen daher, doch die reine Strahlung, wie es beispielsweise bei der Sonne der Fall ist, übt eine durchaus beachtenswerte Kraft aus. Durch diesen Strahlungsdruck wird zum Beispiel dafür gesorgt, dass ein Kometenschweif immer von der Sonne weg zeigt, Asteroiden rotieren oder künftige Raumsonden mit der Hilfe eines riesigen Sonnensegels durch das Sonnensystem fliegen.

Gibt es wirklich eine neue Lichtkraft?

Nach der gängigen Theorie wirkt der Strahlungsdruck des Lichts sowie sein optisches Moment stets in die Richtung, in die sich die Strahlung ausbreitet. Schon durch den Physiker James Clerk Maxwell wurde in einer Abhandlung über den Elektromagnetismus beschrieben, dass es einen Druck in Richtung der Wellenausbreitung gebe. Gleiches ist auch bei einfachen elektromagnetischen Wellen der Fall.

Konstantin Bliokh vom japanischen Forschungszentrum RIKEN konnte jedoch in Zusammenarbeit mit seinen Kollegen erstmals nachweisen, dass auch Licht eine Kraft ausüben kann, welche senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung wirkt. Diese eng mit der Polarisation des Lichts verknüpfte Kraft konnte zwar vor Kurzem theoretisch vorgeschlagen werden, doch erst jetzt gelang es, den experimentellen Nachweis dafür zu geben.

Ein Nano-Messbalken im optischen Feld

Für das Experiment wurde ein roter, zirkular polarisierter Laserstrahl so auf eine Glasplatte gerichtet, dass das Licht komplett reflektiert wurde. Jenseits der Brechungsgrenze des Glases zur Luft bildete sich dabei jedoch ein sehr schwaches optisches Feld. In dieses Feld wurde der beweglich aufgehängte Messbalken in der Variante eines Rasterkraftmikroskops getaucht.

Das sogenannte "Lateral molecular force microscope" kann auch noch minimalste Kräfte von geringen Femto-Newton messen. Dieses entspricht ein Billiardstel Newton oder der winzig kleinen Schwerkraft, welche auf ein einzelnes Bakterium wirkt. Wirkt nun die geheimnisvolle Lichtkraft auf den Nano-Messbalken des Spezial-Mikroskops, so müsste dieser sich ein wenig zur Seite bewegen.

Belifante-Spin ist bewiesen

Wie die Forscher feststellen konnten, kam es genau zu dieser Reaktion. Der Messbalken wurde um ein winziges Stück ausgelenkt, und zwar senkrecht zu der Wellenrichtung des Lichtes. Diese Messungen belegen daher eindeutig die Präsenz und Beobachtbarkeit eines rätselhaften Belifante-Spin-Moments, welcher bisher lediglich als virtuell galt.

Die nachgewiesene neue Kraft ist um einige Größenordnungen schwächer, als der Strahlungsdruck des Lichtes und proportional zum optischen Spin, ergo zum Ausmaß der zirkulären Polarisation. Durch diesen Nachweis wird eine völlig neue Sicht von grundlegenden Eigenschaften des Lichts geliefert und enthüllt zugleich eine neue Art der Kraft. Dieses könnte neue Einblicke in den Bereich der angewandten Optik bis hin zur Hochenergiephysik liefern.

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