Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die attraktive Kraft des Lichts

29.07.2013
Licht wirkt anziehend. Dass diese Tatsache nicht nur für Mücken an lauen Sommerabenden sondern auch für Atome gilt, ist Inhalt einer kürzlich in Physical Review Letters veröffentlichten Arbeit.

Innsbrucker Physiker zeigen auf, dass die anziehende Dipolkraft auch bei thermischem Licht eine Rolle spielt – ein Effekt, der auch bei der Entstehung von Planeten von Bedeutung sein könnte.


Künstlerische Darstellung zur Wechselwirkung zwischen Atomen (graue Kugeln) und einer heißen Kugel. Die Energieniveaus eines Atom naha der thermischen Strahlungsquelle werden stärker verschoben, wodurch sich eine attraktive Kraft ergibt.
M. Sonnleitner, et al. (c)2013 American Physical Society

Es ist bekannt, dass man mit Licht Kräfte auf Atome ausüben und diese beispielsweise einfangen kann. Im Labor werden dazu üblicherweise Laserstrahlen verwendet, da diese sehr klar strukturiert und gut fokussierbar sind. „Grundsätzlich wirken diese Kräfte aber auch bei der Verwendung von thermischen Lichtquellen wie zum Beispiel einer Glühbirne“, erklärt Mag. Matthias Sonnleitner vom Institut für Theoretische Physik der Uni Innsbruck.

In der Forschungsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Monika Ritsch-Marte von der Sektion für Biomedizinische Physik der Medizinischen Universität Innsbruck und Univ.-Prof. Dr. Helmut Ritsch vom Institut für Theoretische Physik und finanziert durch den ERC Advanced Grant untersuchte er die Kräfte thermischer Lichtquellen auf Atome. „Wir zeigen, dass Atome dort hingezogen werden, wo ein Maximum thermischer Strahlung herrscht.

Zu unserer großen Überraschung wurden diese Kräfte bisher noch nie detailliert behandelt, obwohl der verantwortliche Effekt grundsätzlich bekannt ist und auch bei Versuchen immer als großer Störfaktor miteinbezogen wurde", so der Dissertant. Neben der anziehenden Dipolkraft thermischer Lichtquellen, existiert eine weitere Kraft – der sogenannte Strahlungsdruck – der die Atome von der Lichtquelle wegbläst.

Umfangreiche Berechnungen

Um die Wechselwirkung der Kräfte thermischen Lichts mit Atomen detailliert abzubilden, untersuchten die Wissenschaftler die Wirkung einer Kugel mit gegebener Temperatur auf ein Wasserstoffatom. „Für unsere Berechnungen wurde die Kugel als idealer Schwarzkörper angenommen, ein als Grundlage für theoretische Betrachtungen idealisierter Körper, der eine konstante Wärmestrahlung abgibt“, beschreibt der Physiker. Nach umfangreichen Berechnungen kam die Forschungsgruppe zu dem Ergebnis, dass Wasserstoff durch die Dipolkraft zur Strahlungsquelle hingezogen wird.

„Der Strahlungsdruck, der die Atome wieder abstoßen würde, wird erst ab einer Temperatur von 5000 Kelvin relevant und ist im Temperaturbereich darunter vernachlässigbar“, erklärt Matthias Sonnleiter ein wesentliches Forschungsergebnis. „Unsere Berechnungen haben auch gezeigt, dass die attraktive – also anziehende – Dipolkraft bei anderen Atomen sehr viel stärker wäre, als bei Wasserstoff – wohl aber auch etwas komplizierter zu berechnen, da diese nicht so einfach aufgebaut sind wie Wasserstoffatome.“

Astrophysikalische Fragen

Der Nachweis einer üblicherweise anziehenden Kraft zwischen Atomen oder Molekülen und Quellen thermischer Strahlung könnte vor allem für noch ungeklärte Fragen der Astrophysik von Bedeutung sein: „Im Weltall finden wir zwischen Atomen und Molekülen kleine Staubteilchen, die Wärme – wenn auch in sehr geringen Mengen – abstrahlen, und eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Sternen und Planten spielen“, beschreibt Sonnleitner.

„Im Austausch mit den Kollegen vom Institut für Astrophysik bestätigten uns diese, dass es bei der Ansammlung der Atome und Moleküle an den Staubteilchen – der Beginn eines Sterns oder Planeten – noch einige ungeklärte Fragen gibt, für deren Beantwortung die Dipolkraft eine Rolle spielen könnte. Aus diesem Grund wollen wir die Zusammenarbeit mit dem Institut für Astrophysik in Zukunft vertiefen.“

Rückfragehinweis:
Mag. Matthias Sonnleitner
Institut für Theoretische Physik
Universität Innsbruck
Tel.: +43/(0)512/507-52254
E-Mail: Matthias.Sonnleitner@uibk.ac.at
Mag. Susanne Röck
Büro für Öffentlichkeitsarbeit und Kulturservice
Universität Innsbruck
Tel.: +43/(0)512/507-32025
E-Mail: susanne.e.roeck@uibk.ac.at
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.023601

Uwe Steger | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.023601

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All
24.01.2017 | Leibniz Universität Hannover

nachricht European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen
24.01.2017 | European XFEL GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie