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pte20110404020 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

Schallwellen ohne unerwünschte Mithörer

Physiker schaffen Grundlage für die "perfekte Welle"


Welle mit und ohne Streuung: In der Theorie gibt es die perfekte Welle schon (Bild:  TU Wien/Rotter)
Welle mit und ohne Streuung: In der Theorie gibt es die perfekte Welle schon (Bild: TU Wien/Rotter)

Wien (pte020/04.04.2011/12:45) - Schallwellen lassen sich durchaus an eine zweite Person durch den Raum schicken, ohne dass andere mithören - wenn nur die Wellen maßgeschneidert sind. Das berichten Forscher der TU Wien http://www.tuwien.at in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters". In ihren theoretischen Überlegungen, die in aufwändigen Computersimulationen getestet wurden, verpassten sie Schall- oder Lichtwellen eine präzise Bahn, ähnlich wie die einer Billardkugel. "Die Idee stammt aus quantenphysikalischen Beobachtungen von Halbleitern, dürfte aber für alle Wellenarten gelten", erklärt Florian Libisch, einer der drei beteiligten Physiker, im pressetext-Interview.

Überlagerung schaltet Streuung aus

Bei extrem kurzen Wellen wie etwa jenen von Laserlicht ist die punktgenaue Übermittlung kein Problem, werden Laserstrahlen doch erst bei Nebel gestreut und damit sichtbar. Die Idee der Wiener Physiker bezieht sich hingegen auf Wellen, deren Länge nicht nur im Nanometer-, sondern bis in den Zentimeter- und sogar Meterbereich reicht, also außer auf optische Wellen auch auf Mikrowellen, Radiowellen oder Schallwellen. Auch diese können ohne Streuverluste übermittelt werden, so die Forscher - wenn nur die Überlagerung genau stimmt.

Dazu müsste man laut Libisch zunächst in Erfahrung bringen, wie sich eine Welle beim Durchgang eines Streumediums verhält. "Kennt man diese sogenannte Streumatrix, so lässt sich am Computer berechnen, mit welcher Amplitude und Phase man Wellen in den Raum schicken muss, damit sich ihre Streuungen gegenseitig auslöschen. Ziel ist dabei, dass die gesamte Wellenfront einem einzigen Pfad folgt." Im Falle akustischer Wellen kann dies durch ein Gitter winziger Lautsprecher erfolgen, die jeweils Teilwellen mit wohldefinierter Amplitude und Phase aussenden und in Summe eine gemeinsame Wellenfront bilden.

Potenzial von Funk bis Tumortherapie

Die Idee stieß schon bisher auf enormes Interesse. Mehrere Forschungsgruppen kündigten Experimente an, ist doch die Palette denkbarer Anwendungen groß. "Eine entsprechende Technik könnte es erlauben, abhörsicher über Radiowellen zu kommunizieren. In der Strahlentherapie könnte man dadurch Energie genau im Tumor freisetzen und das Gewebe rundum unbeschädigt lassen, ebenso wie die verlustfreie Übertragung eines Wellensignals entlang einer bestimmten Bahn auch Energie sparen könnte. Derzeit sind wir erst im Stadium der 'begründeten Hoffnung', die technischen Grundlagen zur Umsetzung gibt es allerdings längst", betont der Forscher.

Abstract unter http://prl.aps.org/abstract/PRL/v106/i12/e120602

(Ende)
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