Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Buntes Licht zähmt Teilchen

18.11.2014

Physiker haben untersucht, wie sich bewegliche Teilchen in einem Lichtsammelsystem verhalten, wenn sie gleichzeitig mit unterschiedlichen Lasern bestrahlt werden. Ihre überraschenden Ergebnisse haben sie nun in der neuen Online-Zeitschrift Optica der Optical Society veröffentlicht.

Wie schon Albert Einstein erkannte, besitzen Lichtteilchen (Photonen) nicht nur Energie sondern auch Impuls. Sie üben daher auch Kräfte auf materielle Teilchen aus.


Adaptive multifrequency light collection by self-ordered mobile scatterers in optical resonators

Valentin Torggler and Helmut Ritsch

Füllt man Atome, Moleküle oder Nanoteilchen in einen optischen Resonator und bestrahlt diesen mit Laserlicht, erzeugen diese Kräfte eine verblüffend komplexe Dynamik.

„Die Teilchen streuen das Laserlicht in den Resonator und erzeugen damit gleichzeitig ihre eigene optische Falle“, erklären Valentin Torggler und Helmut Ritsch vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck. „Um ihre Energie zu minimieren, gehen sie in eine regelmäßige, geordnete Anordnung über.“

Diese Selbstorganisation von polarisierbaren Teilchen in Resonatoren ist für einen Laserstrahl bekannt und auch bereits experimentell nachgewiesen worden. Nun wollten die Innsbrucker Theoretiker wissen, wie sich die Teilchen verhalten, wenn sie gleichzeitig mit mehreren Lasern unterschiedlicher Farbe beleuchtet werden.

Gleichgewicht „lernen“

Wie ihre Simulationen zeigen, wird das Laserlicht dabei in verschiedenste Lichtmoden unterschiedlicher Frequenz gestreut. Die Lichtfelder dieser Moden konkurrieren nun darum, die Teilchen in die für sie jeweils günstigste Anordnung zu drängen.

„Diese Dynamik endet in einem stabilen Gleichgewicht“, erzählen Torggler und Ritsch. „Durch Rauschen, wie es in realen, gedämpften Systemen immer präsent ist, können die Teilchen aber ihre Gleichgewichtsposition nach einiger Zeit wieder verlassen und finden dadurch noch stabilere Konfigurationen. In dieser Weise passt sich das System an die vorherrschende Beleuchtung an und fungiert als adaptives Lichtsammelsystem“, sagen die Physiker.

Auch wenn man zufällig zwischen einigen fix gewählten Beleuchtungen hin und her schaltet, steigt die gestreute Gesamtintensität mit der Zeit an und die Teilchen finden schneller einen stabileren Gleichgewichtszustand.

„Diesen Prozess kann man auch als ‚Lernen’ interpretieren: Das System hat Information über eine bestimmte Beleuchtung, die schon einmal oder öfters angewendet wurde, in der Konfiguration der Teilchen abgespeichert und kann somit besser auf diese reagieren“, erläutert Helmut Ritsch dieses faszinierende Verhalten. Die Funktionsweise ähnelt dabei einer bestimmten Form neuronaler Netze.

„Experimentell könnte so ein Aufbau sowohl mit kalten Gasen als auch mit Nanoteilchen in Lösungen realisiert werden“, freut sich Ritsch schon auf die baldige Umsetzung dieser Idee.

Rückfragehinweis:
Univ.-Prof. Mag.Dr. Helmut Ritsch
Institut für Theoretische Physik
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507-52213
E-Mail: helmut.ritsch@uibk.ac.at


Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1364/OPTICA.1.000336  - Adaptive multifrequency light collection by self-ordered mobile scatterers in optical resonators. V. Torggler and H. Ritsch. Optica, 1, 5, 336-342 (2014)
http://www.uibk.ac.at/th-physik/ - Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten
21.08.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

nachricht Ein Hauch von Galaxien im Zentrum eines gigantischen Galaxienhaufens
21.08.2017 | Universität Heidelberg

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik