Притягивающий луч потребует использования сразу двух лучей Бесселя

Хотя теоретические модели притягивающего луча появляются в последние годы всё чаще, приборов на этом принципе пока нет. Чтобы это произошло, похоже, нужна некоторая ревизия теоретических подходов к проблеме.

Напомним: наиболее перспективным методом притягивания пучком света считается так называемый луч Бесселя. Фотоны в нём движутся под углом к направлению распространения самого луча, так же они падают и на поверхность тела-цели. Сила давления такого луча меньше, чем у обычного светового пучка, фотоны которого падают под прямым углом, но самого по себе этого мало: всё-таки отталкивание происходит, хотя и слабое. Чтобы преодолеть его, объект должен как минимум частично переизлучать падающий свет обратно, в направлении источника. Вместе с пониженным давлением в луче Бесселя этого достаточно для того, чтобы объект начал двигаться в направлении источника света.

Наложение двух бесселевых лучей на один оперируемый объект позволяет относительно просто притягивать его по направлению к излучателю. (Иллюстрация David Ruffner, David Grier.)

Дэвид Раффнер и Дэвид Гриер из Нью-Йоркского университета (США) попытались разобраться, почему ничего не выходит с универсальным притягивающим лучом. Выяснилось, что настроить соответствующим образом луч Бесселя экстремально сложно. Нечто подобное получилось в мае 2012 года у сингапурских физиков, но лишь потому, что притягиваемый объект был микроскопическим, а рассеивание света от бесселева луча происходило не только к наблюдателю, но и от него, так как размер облучаемого предмета был сравним с длиной световой волны.

Однако сложности такой настройки можно обойти, полагают учёные, если использовать сразу два луча Бесселя — вместе с линзой, слегка изгибающей направления распространения лучей таким образом, чтобы они накладывались в районе тела-цели. Из-за этого возникает стробоскопический эффект, когда световой пучок, давящий на самую удалённую от наблюдателя плоскость тела (заднюю), сочетается с более слабым (часто выключающимся) первым лучом Бесселя, давящим на переднюю плоскость. При этом результирующий импульс направлен к наблюдателю, что теоретически позволяет реализовать притягивающий луч. Варьируя силу воздействия луча, идущего к разным сторонам тела от находящихся у наблюдателя излучателей, можно двигать предмет как к нему, так и от него. В микросмасштабе авторам работы даже удалось продемонстрировать такой притягивающий луч экспериментально.

Заметим, что предложенное американцами решение частично совпадает с теоретическими рецептами, сформулированными израильскими физиками.

Можно ли использовать нечто такое не только для создания устройств манипулирования микрообъектами (продвинутый вариант оптического пинцета), но и для оперирования макрообъектами — например, космическим мусором в околоземном пространстве? Как отмечают исследователи, в той форме, в которой они предлагают реализовать притягивающий луч, для работы с крупными объектами он потребует слишком много энергии. Более того, такая энергия, будучи приложена к крупному телу, скорее всего, уничтожит его ещё до того, как оно будет притянуто достаточно близко к наблюдателю.

Соответствующее исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Phys.Org.