Nová laboratorní technika
Fyzikové z Brna vyrobili vlečný paprsek

Fanoušci seriálu Star Trek ho dobře znají. Když jedna kosmická loď potřebuje odtáhnout druhou, vypustí barevný proud světla, který funguje jako lano. Působí to příliš bláznivě, než aby to bylo možné. Něco podobného ale možné je.

Světlo je hmotné. Může tlačit na jiné hmotné věci kolem sebe a uvádět je do pohybu. Pokud máte v telefonu GPS a zlobíte se, když odhaduje vaši polohu jinde, než skutečně jste, vězte, že jste se možná stali obětí tlaku slunečního záření. Působení světla je totiž jeden z hlavních zdrojů chyb ve výpočtech polohy GPS satelitů. Sluneční záření mění jejich dráhu. Změna se odráží ve špatném odhadu vaší polohy na povrchu Země.

Pokusy s tlakem slunečního záření jsou oblíbené. Studoval ho už slavný skotský fyzik James Clerk Maxwel v předminulém století. Průkopníci kosmonautiky navrhovali využít tlaku světla k pohonu kosmických lodí. Říká se jim sluneční plachetnice. Několik úspěšných testů solárního plachtění už proběhlo.

Přinutit objekt, aby se pohyboval proti směru, z nějž přichází světelný paprsek je ale těžší. Zatím se to podařilo jen dvěma týmům na světě. První byli Američané z univerzit v Berkeley a v New Yorku, vedení Davidem G. Grierirem, druzí Češi, respektive Moravané, z Ústavu přístrojové techniky v Brně. Český tým vedl Pavel Zemánek.

Proti proudu

Česká verze vlečného paprsku pracuje na jiném principu než americká. Vědci z Ústavu přístrojové techniky ji popisují v časopise Nature photonics. Vytvořili proud světla, v němž se většina fotonů, dopadajících na povrch mikroskopického objektu, rozptylovala vpřed ve směru šíření paprsku.

Objekt samotný se pak podle zákona akce a reakce pohyboval vzad, proti směru šíření paprsku. Vědcům se podařilo pohnout ve vodě pod sklíčkem mikroskopu kuličkami polystyrenu o průměru 410 a 300 nanometrů, miliardtin metru.

Uražená vzdálenost se pohybovala okolo třiceti mikrometrů, milióntin metru. Pomocí změn vlastností paprsku dokázali pohnout jen většími kuličkami a menší nechat na místě, nebo naopak. To by se dalo použít k třídění různě velkých objektů v biologických, medicínských a dalších oborech, kde je často potřeba manipulovat s malými věcmi.

Netřeba velkých investic

Ještě zajímavější je vzájemné ovlivňování kuliček uvnitř vlečného paprsku. Miniaturní částice na sebe působí odrážením a rozptylováním světla a vytváří komplex, jemuž se říká opticky vázaná hmota. Z pohledu pozorovatele nahlížejícího do mikroskopu se spontánně uspořádávají do různých geometrických tvarů. Shluky se pak můžou pohybovat jako celek, což by se mohlo hodit k zacházení s většími objekty, jako jsou celé bakterie, nebo jiné buňky.

Postup by měl být natolik jednoduchý, že bude po drobných úpravách realizovatelný na běžných mikroskopech, jimiž jsou vybaveny současné laboratoře. Není k tomu třeba ani moc peněz.

V budoucnu si vědci dovedou představit jeho využití k ovládání miniaturních robotů. Světlo je vlnový jev, stejně jako zvuk. Možná se proto dočkáme využití analogických jevů k přemísťování objektů pomocí zvukových vln.