Nicht immer ist alles dort, wo es zu sein scheint

Ein Forschungsteam der TU Wien, der Universität Innsbruck und der ÖAW haben erstmals einen Welleneffekt nachgewiesen, der zu Messfehlern bei der optischen Positionsbestimmung von Objekten führen kann.Das kann massive Auswirkungen haben auf die Lichtmikroskopie bishin zur exakten Positionsbestimmung durch Radar oder Sonar.

Mit modernen optischen Bildgebungsverfahren lassen sich heute selbst Nanoobjekte gut vermessen. Diese Techniken werden im Labor zum Beispiel auch dazu verwendet, die räumliche Positionierung von Atomen in einem Quantenexperiment zu bestimmen. „Wir wollen die Position unserer Quantenbits sehr genau kennen, damit wir diese mit Lasern manipulieren und messen können“, erklärt Gabriel Araneda vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck.

In einer Kooperation von Physiker und Physikerinnen der TU Wien um Arno Rauschenbeutel (TU Wien) und der Universität Innsbruck sowie ÖAW-Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation um Rainer Blatt wurde nun nachgewiesen, dass es zu einem systematischen Messfehler kommen kann, wenn die Position eines Objekts bestimmt wird, das elliptisch polarisiertes Licht aussendet.

„Die elliptische Polarisation erzeugt eine spiralförmige Wellenfront des Lichts, die leicht schief auf die Abbildungsoptik fällt. Dadurch entsteht der Eindruck, die Quelle des Lichts liege etwas abseits seiner tatsächlichen Position“, erklärt Yves Colombe aus dem Team von Rainer Blatt. Relevant könnte dies zum Beispiel in der biomedizinischen Forschung sein, wo zur Bestimmung von biologischen Strukturen fluoreszierende Proteine oder Nanoteilchen als Marker verwendet werden. Der nun nachgewiesene Effekt würde hier zu einem verzerrten Abbild der tatsächlichen Strukturen führen.

Denkt man nun, dies betreffe “nur” einen Sonderfall, irrt. Dieser Effekt zeigt sich nicht nur bei Lichtquellen, sondern es können zum Beispiel auch Radar- oder Sonarmessungen davon betroffen sein. Selbst bei der Positionsbestimmung von astronomischen Objekten mit Hilfe von Gravitationswellen könnte dieser Effekt eine Rolle spielen.

„Die Abweichung ist von der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes, was in vielen Anwendungen einem erheblichen Messfehler entsprechen würde“, sagt Stefan Walser aus dem Team von Arno Rauschenbeutel. „Die hochauflösende Lichtmikroskopie zum Beispiel ist heute bereits weit in den Nanometerbereich vorgedrungen, während dieser Effekt zu Fehlern von mehreren 100 Nanometern führen kann.“

 

 

 

 

(Aussender: TU Wien)

 

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