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Welle bewegt sich auf bestimmter Bahn, statt sich zu verästeln © TU Wien
Welle bewegt sich auf bestimmter Bahn, statt sich zu verästeln © TU Wien

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Wie man Wellen auf krummer Bahn ins Ziel bringt

24.06.2019

Licht breitet sich meist geradlinig aus. Unter bestimmten Umständen kann eine Lichtwelle, so wie jede andere Welle auch, durch unregelmäßige Umgebung beeinflusst werden und sich regelrecht verästeln. Wiener Physiker berichten nun im Fachjournal "PNAS", wie man die Welle am Start formen muss, dass sie nur einem ausgewählten Ast folgt und auf einer - auch krummen - Bahn ein bestimmtes Ziel erreicht.

Eine "Wellen-Verästelung" ("Branched Flow") wurde 2001 erstmals beobachtet, als man Elektronen untersuchte, die sich als Quanten-Wellen durch winzige Mikrostrukturen bewegen, erklärte Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der Technischen Universität (TU) Wien in einer Aussendung. Durch Unregelmäßigkeiten dieser Strukturen spaltet sich die Elektronenwelle auf und verästelt sich. Manche Orte erreicht sie dann mit hoher Intensität, andere fast gar nicht.

Dieses Phänomen ist nicht nur auf die Quantenwelt beschränkt, sondern bei allen Arten von Wellen möglich - von Licht-, über Schall- bis zu Tsunami-Wellen. Die Wiener Physiker interessierten sich dafür, ob es möglich ist, eine Welle so zu beeinflussen, dass sie sich nicht verästelt, sondern auf einer vorher ausgewählten Bahn bleibt. "Wir haben mithilfe numerischer Simulationen gezeigt, wie man eine Welle finden kann, die sich genau auf die gewünschte Weise verhält", so Rotter.

Spiegelsysteme und gekoppelte Lautsprecher

Möglich sei das mit allen verschiedenen Wellen, die Technologien dafür gebe es bereits: So müsste man Lichtwellen mit einem speziellen Spiegelsystem anpassen oder Schallwellen mit einem System gekoppelter Lautsprecher erzeugen. Mit der neuen Methode könnten jedenfalls Wellen entlang einer ausgewählten Bahn auf die Reise geschickt werden.

Selbst gekrümmte Wege sind möglich, da die Unregelmäßigkeiten der Umgebung wie mehrere Linsen wirken, die die Welle immer wieder fokussieren und ablenken, betonen die Wissenschafter. Auch gepulste Signale ließen sich so übertragen, und damit auch Information, die garantiert dort ankomme, wo sie empfangen werden soll.

Service: https://doi.org/10.1073/pnas.1905217116

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