Caltechissa (California Institute of Technology) on suunniteltu nanopinnoite, jonka ansiosta esineitä voidaan leijuttaa ja liikutella ilmassa pelkän valon avulla.

Jo 1980-luvulla kehitettiin optiset pinsetit, joilla voidaan käsitellä hyvin pieniä hiukkasia tai vaikka viruksia. Niiden toiminta perustuu tarkkaan kohdistetun lasersäteen säteilypaineeseen. Pinsettien kehittäjä Arthur Ashkin sai keksinnöstään fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2018.

Optisilla pinseteillä pystytään kuitenkin siirtelemään ainoastaan hyvin pieniä kohteita ja ne toimivat vain hyvin lyhyillä etäisyyksillä. Caltechissa kehitetyn tekniikan avulla esineiden koko voi olla mikrometreistä jopa metreihin.

Keskeinen tekijä uudessa tekniikassa on nanopinnoite, joka vuorovaikuttaa valon kanssa siten, että esine pysyy tiukasti valonsäteessä, vaikka jokin tekijä häiritsisi sitä. Silloin ei enää tarvita tarkkaan kohdistettua lasersädettä ja valonlähde voi olla miljoonien kilometrien päässä.

”Olemme kehittäneet menetelmän, jolla voidaan leijuttaa makroskooppisia kappaleita”, toteaa tutkimusta johtanut Harry Atwater.

”Mielenkiintoinen sovellus on käyttää tekniikkaa uuden sukupolven avaruusluotainten vauhdittamiseen. Käytännön toteutukseen on vielä pitkä matka, mutta olemme parhaillaan kehittämässä periaatteen testaamista.”

Teoriassa avaruusluotaimessa voitaisiin käyttää uudenlaista nanopinnoitetta ja antaa sille vauhtia Maassa sijaitsevalla laserlähteellä. Koska luotaimen ei tarvitsisi kuljettaa mukanaan polttoainetta, sillä olisi mahdollista päästä hyvin suuriin, jopa relativistisiin nopeuksiin – eli huomattavaan osaan valon nopeudesta – ja matkata toisiin tähtiin.

Aurinko- tai valopurjetta on kaavailtu aiemminkin ultrakevyiden luotainten ”voimanlähteeksi” ja esimerkiksi Stephen Hawkingin ja Juri Milnerin vuonna 2016 käynnistämässä Breakthrough Starshot -projektissa tavoitteena on lähettää valopurjeen vauhdittamana tuhat muutaman gramman painoista StarChip-luotainta kohti Proxima Centauria. Huippunopeus olisi peräti 20 prosenttia valon nopeudesta eli noin 60 000 kilometriä sekunnissa.

Uudenlaisen nanopinnoitteen mahdollistamasta valoleijunnasta kerrottiin Caltechin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu
Nature Photonics -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Ognjen Ilic & Harry Atwater