Další sci-fi prvek se stává skutečností: vědci potvrdili existenci tažného paprsku

Tažný paprsek (tractor beam) se ve vědecko-fantastické literatuře objevuje už od 20. let a je často tvůrci sci-fi filmů a literatury využíván. Ačkoli až doposud šlo o pouhé sci-fi, teoreticky věda tento princip připouštěla. Vědcům z brněnského Ústavu přístrojové techniky AV ČR se jej však podařilo i experimentálně realizovat a jejich článek o experimentálním potvrzení tohoto principu vyšel v lednovém čísle prestižního vědeckého časopisu Nature photonics.
Na experimentálním ověření tažného paprsku pracoval tým ve složení prof. RNDr. Pavel Zemánek Ph.D., Mgr. Oto Brzobohatý, Ph.D., Mgr. Martin Šiler, Ph.D., Mgr. Vítězslav Karásek, Ph.D, Mgr. Lukáš Chvátal a Mgr. Tomáš Čižmár, Ph.D., který momentálně působí na univerzitě St.Andrews ve Skotsku.

Podivuhodné schopnosti paprsku
„Zatímco princip, kdy laserové světlo před sebou tlačí objekty, je známý a již ve vesmíru testovaný zejména jako levný pohon tzv. slunečních plachetnic, my jsme v mikrosvětě prokázali opačný princip. Tedy, že laserový svazek, který má neměnnou intenzitu v ose šíření, dokáže pohybovat částicemi i proti směru šíření světla, doslova tyto částice přitahuje ke zdroji světla,“ vysvětluje prof. Pavel Zemánek, který stál v čele výzkumného týmu v Ústavu přístrojové techniky. 
Tím však úspěch jeho týmu nekončí – experiment také prokázal, že proud fotonů v laserovém světle dokáže objekty nejen přitahovat, ale i samovolně třídit a organizovat. „Ukázali jsme, že tímto systémem lze objekty různé velikosti třídit a že se tyto objekty ve světle spontánně uspořádají a vytvoří takzvanou opticky vázanou hmotu. Částice takové hmoty na sebe vzájemně silově působí kombinovaným účinkem rozptýleného a dopadajícího světla a vytvářejí struktury různých tvarů. Kromě řetízků z částic mohou vzniknout různé rovinné či prostorové útvary. My jsme navíc ukázali, že tyto struktury se dají do samovolného pohybu obráceným směrem, než se pohybují jednotlivé částice, ze kterých jsou složeny,“ dodává prof. Pavel Zemánek. Tímto způsobem lze rozpohybovat objekty o velikostech jednotek mikrometrů, tedy včetně živých mikroorganismů, volných buněk či jejich shluků.

Významné nejen pro autory sci-fi
Výsledky experimentu nepotěší jen fanoušky sci-fi, ale hlavně vědce. Praktické využití v blízké budoucnosti se rýsuje především v biologii a medicíně např. ke třídění různých druhů bakterií nebo buněk přímo v optickém mikroskopu. Vzdálenější vizí jsou např. mikroroboti, kteří se sami poskládají zapnutím světla a sami se přepraví do místa určení. Budoucích aplikací je spousta a tato problematika patrně přitáhne pozornost řady vědců: „Sestavu, na které jsme realizovali experimenty a prokázali existenci tažného paprsku, si dokáže sestavit doslova každý a jednoduše implementovat na jakýkoliv optický mikroskop. Kolegům po celém světě se tak otevírá možnost studovat tento jev bez nutnosti velkých finančních investic,“ říká další člen týmu Dr. Oto Brzobohatý.

Funguje už i za oceánem
O sérii podobných experimentů, které provedli fyzikové David B. Ruffner a David G. Grier z New York University ve spolupráci s čínskými výzkumníky informoval také server PhysOrg. Vědci došli k závěru, že pomocí jediného laseru tzv. Besselova paprsku (který se cestou nešíří a je schopen samoopravy po částečném přerušení překážkou) by mělo být světlo schopno tlačit či táhnout miniaturní částečky ve svém směru. Experimenty se však ukázaly jako příliš dílčí, takže fyzici zkusili jiný postup a zjistili, že s použitím dvou překrývajících se Besselových paprsků, lze vytáhnout malé částice (v tomto případě šlo o silikové kuličky o průměru 0,03 mm) směrem ke zdroji. Zvětšený model tohoto experimentu by však podle nich vyžadoval příliš mnoho energie, aby mohl fungovat. Takže mimozemského únosu se zatím mohou obávat jen skutečně malé věci…
Vlečný duo paprsek je blíže k tradičnímu pojetí sci-fi konceptu dopravy na bázi světla, protože vyzařuje z jednoho zdroje, což je podle vědců lepší řešení, než se spoléhat na světlo pocházející z protilehlých bodů původu, aby přesouvalo hmotu tam a zpět. Je také údajně stabilnější než jiné možnosti. „Tyto optické dopravníky mají podél své osy pravidelné změny intenzity, které působí jako vysoce účinné optické pasti pro objekty v mikrometrickém měřítku," konstatuje se v abstraktu studie. Paprskové dopravníky mají podle výzkumníků potenciál vykonávat např. práci optické pinzety, u které nelze vždy dosáhnout stabilní osy odchytu.
Zatímco současná verze je vhodná pouze pro přesun mikroskopických částic v řádu mikrometrů, tým již nyní navrhuje zlepšení tažného minipaprsku, včetně zlepšení rychlosti posunu pomocí jasnějšího dopravníkového paprsku a využití optických dopravníků vyšších řádů pro přesun zvláštně tvarovaných či nerovných objektů. /joe/

 

Publikováno: 3. 4. 2013 | Počet zobrazení: 3392 694