Endnu en af science fiktion genrens berømte værktøjer, lysstrålen der tiltrækker genstande – også kaldet en traktorstråle – er på vej til at blive virkelighed.

Det er velkendt, at lys besidder bevægelsesmængde og kan skubbe til genstande – det kan bl.a. udnyttes til solsejl til rumfartøjer. Laserlys kan også bruges til at holde små partikler på plads, en teknik som kendes som optiske pincetter, og som bl.a. danske forskere er eksperter i at udnytte.

Men at man kan tiltrække en genstand ved at lyse på den, det strider umiddelbart mod al sund fornuft.

Alligevel har Jun Chen fra Fudan University i Shanghai nu sammen med tre kollegaer vist, at det tilsyneladende umulige alligevel under visse forudsætninger er muligt.

Spredning giver anledning til bagudrettet kraft
Problemstillingen kan ridses op på denne måde.

Vi lyser på en genstand og udsætter den derfor for en kraft, der fremkommer ved, at lyset besidder bevægelsesmængde. Kan vi gøre denne kraft negativ i forhold til lysets retning, så vil genstanden bevæge sig baglæns tilbage mod lyskildens oprindelse.

Genstanden vil ikke, som i teknikken med optiske pincetter, blive fanget i et bestemt punkt eller område. Den vil være udsat for en vedvarende kraft - vi vil have en ægte traktorstråle.

Jun Chen skriver, at det er relativt enkelt at indse, at man ikke kan lave en traktorstråle ud fra en plan bølge. Hvis det var tilfældet, havde vi sikkert for længst haft traktorstråler i virkeligheden.

Det første betingelse er altså, at man skal have en bestemt stråle.

Chen undersøger specifikt en såkaldt Besselstråle, som har bl.a. har den egenskab, at bevægelsesmængden i laserstrålens udbredelsesretning er mindre end for en plan bølge.

Fotonernes bevægelsesmængde for Besselstråler kan udtrykkes som p = (h/2pi)kcosv. Hvor h er Plancks konstant, og k er bølgetallet, og v er en karakteristisk vinkel - for en plan bølge er v = 0.

Jun Chens analyse viser, at en bagudrettet kraft opstår, når fotonerne, der rammer en partikel (i gennemsnit) spredes i retning med vinkler, som er mindre end vinklen v.

Det kan i praksis kun opnås, når partiklerne har en størrelse, der er sammenlignelig med bølgelængden.

Anvender man en typisk laser med en bølgelængde på 1,064 mikrometer – eksempelvis en Nd:YAG laser – så er det partikler med en radius omkring et par mikrometer, der er interessante at studere.

Sortering af polystyrenkugler
Om fotonerne primært spredes mere eller mindre fremad i forhold til den karakteristiske vinkel v kræver dog en detaljeret beregning.

En sådan beregning viser, at en polystyrenkugle med en radius på 2,03 mikrometer vil være udsat for en bagudrettet kraft under lysbestråling med en karakteristisk vinkel v = 78,5 grader, hvorimod en tilsvarende kugle med en radius på 2,19 mikrometer vil være udsat for en fremadrettet kraft.

Det sætter naturligvis en lang række begrænsninger for anvendelsen af traktorstråler, men Jun Chen erklærer selv over for Technology Review fra MIT, at princippet muliggør en ny form for mikromanipulation, der kan bruges til sortering af mikropartikler.

Foreløbig har Jun Chen dog kun beskrevet teorien for traktorstråler – eksperimenter har vi endnu til gode at se.