Ученые построили действующий прототип установки, напоминающей «силовой луч», неоднократно описанный фантастами. Устройство способно притягивать предметы сантиметрового размера при помощи звуковых волн.

«Силовой луч» активно эксплуатируется в воображении любителей научной (и антинаучной) фантастики.

Хорошо знакомая всем любителям научной фантастики картина: один космический корабль захватывает другой при помощи «силового луча», обретая способность перемещать его во всех направлениях – в том числе притягивать к себе, что наиболее интересно с точки зрения физики. Притягивающий луч может показаться противоречащим логике, поскольку свет, как правило, склонен отталкивать предметы прочь от своего источника, но на уровне наночастиц «силовой луч» вполне может быть реализован – например, по принципу оптического пинцета. Новая работа ученых расширяет возможности подобных установок за счет использования акустических, а не электромагнитных волн.

Опти́ческий пинцет, иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка» — оптический инструмент, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света (обычно испускаемого лазерным диодом). Он позволяет прикладывать к диэлектрическим объектам силы от фемтоньютонов до наноньютонов и измерять расстояния от нескольких нанометров до микронов. В последние годы оптические пинцеты начали использовать в биофизике для изучения структуры и принципа работы белков.

Принцип работы оптического пинцет, на примере использования оптического пинцета в изучении РНК-полимеразы,  показан на следующей картинке.

Объекты, представляемые в виде маленьких диэлектрических сфер взаимодействуют с электрическим полем, созданным световой волной, за счёт индуцированного на сфере дипольного момента. В результате взаимодействия этого диполя с электрическим полем электромагнитной волны, объект перемещается вдоль градиента электрического поля. Кроме градиентной силы, на объект также действует сила, вызванная давлением (отражением) света от его поверхности. Эта сила толкает сферу по направлению пучка света. Однако, если луч света сильно сфокусирован, величина градиента интенсивности может быть больше величины давления света.

Волна, направленная на объект под нужным углом, может притянуть его к себе за счет специфического рассеивания на поверхности этого объекта. Тонкая настройка этих параметров позволяет создать вблизи объекта со стороны источника волн зону пониженного давления. Исследователям удалось реализовать этот принцип с помощью источников ультразвука, установленных в резервуаре с водой. В роли «груза» выступала полая треугольная призма.

Направив излучение на боковые грани призмы, ученые наблюдали, как в результате обратного рассеивания со стороны её основания сформировалась зона пониженного давления, что привело к перемещению объекта в сторону источников волн.

«Силовой луч» в реальном мире
Направление распространения волн показано голубыми стрелками, результирующие силы, действующие на объект - красными. В зависимости от характера распространения волн относительно объекта «толкающая» сила может уменьшаться и даже превращаться в «притягивающую».


comments powered by Disqus