Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

FAU-Forscher beschleunigen erstmals Licht mit einem diametralen Antrieb

15.10.2013
Physiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben erstmals experimentell nachgewiesen, dass Lichtpulse sich gegenseitig permanent beschleunigen können.

Damit ließe sich etwa die Wellenlänge von Lichtpulsen kontrolliert verschieben, was für viele Bereiche der Laserphysik oder Spektroskopie interessant wäre. Diese Ergebnisse haben die Wissenschaftler in der renommierten Zeitschrift „Nature Physics“ publiziert*.


Künstlerische Darstellung des optischen diametralen Antriebs auf Basis von Messdaten. Der linke Pulszug mit positiver effektiver Masse und der rechte Pulszug mit negativer Masse beschleunigen durch eine Umkehr des 3. Newtonsches Gesetzes in die gleiche Richtung.

Foto: FAU


Veranschaulichung von Teilchen mit positiver Masse (rot) und negativer Masse (blau). Während positive Massen beschleunigen, wenn sie in ein Tal hinabwandern und abbremsen, wenn sie auf einen Hügel treffen, verhalten sich die blauen Kugeln mit negativer Masse gerade umgekehrt und werden vom Tal abgestoßen.

Foto: FAU

Vor 15 Jahren dachte ein Forschungsteam der NASA darüber nach, wie man den idealen Raumantrieb bauen könnte. Dabei hatte der Wissenschaftler Marc G. Millis die etwas eigensinnige Idee, Objekte mit einer negativen Masse als Triebwerke einzusetzen. Wenn sich zwei Körper mit positiver Masse gegenseitig anziehen, so werden sie nach den Regeln der Newtonschen Mechanik stets aufeinander zu beschleunigt. Die Kombination von Objekten mit positiver und negativer Masse ermöglicht hingegen ein unerwartetes Phänomen:

Wirkt eine Kraft zwischen ihnen, so beschleunigen beide Körper fortwährend in dieselbe Raumrichtung und werden so immer schneller. Diese Konstellation bezeichnete Millis als „Diametric Drive“ (zu Deutsch: diametraler Antrieb). Von einer Umsetzung dieser potentiell bahnbrechenden Idee ist bis dato nichts bekannt, und auch in ferner Zukunft werden Raumfahrer wohl eher auf diesen revolutionären Antrieb verzichten müssen.

„Die Existenz von mechanischen Objekten mit einer negativen Masse verstößt im freien Raum gegen derart viele Grundgesetze der Physik, dass sie mit großer Sicherheit ausgeschlossen werden kann“, sagt Prof. Dr. Ulf Peschel, Professor für Experimentalphysik an der FAU.

Aber eben nur im freien Raum: Die Einschränkungen gelten nicht für künstlich geschaffene Systeme, innerhalb derer ganz eigene Gesetzmäßigkeiten gelten. Diese Tatsache machten sich nun Forscher um Prof. Peschel zu Nutze, um die optische Entsprechung eines Diametric Drive zu realisieren. Zusammen mit Kollegen vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts und von der University of Central Florida, USA, schufen sie ein optisches Fasernetzwerk, in dem sich speziell präparierte Lichtpakete vollkommen analog zu mechanischen Teilchen mit positiver oder negativer effektiver Masse verhalten:

Bringt man ein Lichtbündel mit negativer effektiver Masse in die Nähe eines anderen Strahls mit positiver Masse, so entsteht durch nichtlineare Wechselwirkung ein optischer Diametric Drive. „Die beiden Lichtbündel beschleunigen in dieselbe Richtung und werden immer schneller, so wie man es eben bei einem diametralen Antrieb erwarten würde“, erklären die Optik-Forscher das Experiment. Die Wissenschaftler sind sich sicher, dass dieser Effekt auf eine Vielzahl von anderen physikalischen Systemen übertragen werden kann.

Womöglich ließen sich also auf die gleiche Weise auch Elektronen in Halbleitern oder ultrakalte Atome in optischen Gittern beschleunigen, da die Wirkungsweise auf dem universellen Konzept der effektiven Masse beruht. Auch in der Optik könnten verschiedene Anwendungsfelder vom Diametric Drive profitieren, zum Beispiel durch die Möglichkeit, die Lichtwellenlänge mit Hilfe von speziellen Glasfasern zu verändern.

Auch wenn der Raumantrieb mit negativer Masse letztlich wohl nur ein Luftschloss bleiben wird, so hat diese Science-Fiction-artige Idee von Marc G. Millis nach über 15 Jahren auf Umwegen doch noch den Sprung in die Realität geschafft. Sein ursprüngliches Konzept lässt sich übrigens nachlesen: M. G. Millis, „Challenge to Create the Space Drive“, Journal of Propulsion and Power (1997), http://www.grc.nasa.gov/WWW/bpp/1997-J_AIAA_SpaceDr.pdf

* M. Wimmer et al, „Optical diametric drive acceleration via action-reaction symmetry breaking“, in: Nature Physics. DOI: 10.1038/NPHYS2777

Ansprechpartner:
Alois Regensburger
Tel.: 09131/8520343
alois.regensburger@physik.uni-erlangen.de

Blandina Mangelkramer | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-erlangen.de

Weitere Berichte zu: Antrieb Diametric Lichtbündel Nature Physics Raumantrieb Triebwerke Wellenlänge

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik