Teoria siitä, että valolla on liikevoimaa, ei ole varsinaisesti uusi. Silti se, miten valo on vuorovaikutuksessa aineen kansssa, on säilynyt salaisuutena lähes 150 vuotta.

Nyt kansainvälinen tutkijaryhmä Brittiläisen Kolumbian yliopistossa on valottanut tätä mysteeriä. Tutkimusartikkeli on tiistaina ilmestynyt tiedelehdessä Nature Communications.

Jo vuonna 1619 saksalainen tähtitieteilijä ja matemaatikko Johannes Kepler esitti ensi kertaa, että auringonvalon aiheuttama paine voisi olla syynä siihen, että komeettojen pyrstö suuntautuu aina poispäin auringosta.

Kuitenkin vasta vuonna 1873 James Clerk Maxwell selvitti, että tämä säteilynpaine johtui liikevoimasta, joka oli valon sähkömagneettikenttien sisällä.

Aiemmin ei ole saatu selville, kuinka tämä liikevoima muuttuu voimaksi tai liikkeeksi. Koska valon liikevoima on hyvin pientä, riittävän tarkkoja laitteita sen tutkimiseen ei ole ollut.

Nyt tutkijaryhmä onnistui mittauksissa.

Jotta fotonien erittäin heikkoa keskinäistä vuorovaikutusta pystyttiin mittaamaan, tutkijaryhmä rakensi erityisen peilin. Siihen tutkijat asensivat akustisia antureita ja lämpösuojauksia, jotta interferenssi ja taustakohina saatiin minimoitua.

Tutkijat ampuivat peilille laserpulsseja. Lisäksi he käyttivät ääniantureita havaitakseen kimmoisia aaltoja, kun ne liikkuivat peilipinnan yli. Tämä vastaa sitä, kun katselee aaltojen liplatusta järven pinnassa.

”Emme pysty suoraan mitaamaan fotonin liikevoimaa, joten lähestymistapamme oli paljastaa sen vaikutukset peilillä. Tähän pääsimme ’kuuntelemalla’ kimmoisia aaltoja, jotka kulkivat peilipinnalla”, kertoo tekniikan apulaisprofessori Kenneth Chan yliopiston tiedotteessa.

Tutkijaryhmä onnistui jäljittämään aaltojen piirteitä aina sen alkulähteille saakka siihen, kun liikevoima on vielä valopulssissa. Tämä mahdollistaa tutkijoiden mukaan lopultakin sen määrittelyä ja mallinnusta, millaista valon liikevoima on aineissa.

Löydöllä on tutkimusta johtaneen Chaun mukaan merkitystä myös käytännön sovellutuksissa.

”Kuvittele matkustavasi kaukaisille tähdille aluksella, joka saa voimansa aurinkopurjeista. Tai ehkäpä täällä Maan päällä voisimme kehittää optiset pinsetit, jotka pystyisivät kokoamaan mikroskooppisia laitteita”, Chan kuvaa yliopiston tiedotteessa.