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Optik: Verknotetes Licht

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Normalerweise sind Lichtstrahlen kerzengerade und krümmen sich nur in der Nähe sehr massereicher Objekte. Doch nun präsentieren US-Forscher einen Vorschlag, wie man sie zu Kreisen biegen oder in eine knotenähnliche Struktur zwingen kann.

Dazu greifen William Irvine von der New York University und sein Kollege Dirk Bouwmeester von der University of California in Santa Barbara auf eine seit den 1980er Jahren bekannte theoretische Lösung der von James Clerk Maxwell aufgestellten grundlegenden Gleichungen für den Elektromagnetismus zurück. Diese Lösung beschreibt elektrische und magnetische Felder, die geschlossene Schleifen bilden, welche sich jeweils an einer Stelle berühren. Abwechselnd nach links und rechts gekippte Ringe auf der Oberfläche eines Reifens (Torus) bieten ein anschauliches Beispiel dafür.

Wie Irvine und Bouwmeester herausfanden, lassen die Maxwellgleichungen auch zu, dass die Ringe recht wirre Knoten bilden. Vor allem aber konnten die beiden Forscher nachweisen, dass die Torus- und Knoten-Lösungen nicht nur für den statischen Fall gelten: Die Ringkonfigurationen bleiben stabil, wenn die Felder wie in einer elektromagnetischen Welle alternieren. Das Ergebnis ist ein Knoten aus Licht. Dessen mathematische Beschreibung ähnelt stark derjenigen von zirkular polarisiertem Laserlicht. Die Forscher vermuten daher, dass sich mit holografischen Methoden aus Laserstrahlen auch experimentell ein Lichtknoten herstellen lässt.

Das könnte durchaus praktische Anwendungen haben. So böten verknotete Felder, die nicht expandieren, eine Möglichkeit, das heiße Plasma in Fusionskraftwerken an Ort und Stelle zu halten. Mit derzeitigen Magnetfeldkonfigurationen gelingt das nur unvollkommen.

Vera Spillner

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