Forscher entwickeln laserbetriebene "Wasserpistole"

Da der Strahlungsdruck selbst eines relativ starken Laserstrahls von mehreren Milliwatt im Vergleich zu in der Hydraulik üblichen Drücken sehr klein ist, mussten Alexis Casner und Jean-Pierre Delville von der Universität von Bordeaux sicherstellen, dass die Trennschicht zwischen ihren beiden Flüssigkeiten sehr schwach war – die Dichten der beiden Flüssigkeiten durften sich nur wenig unterscheiden. Die Wissenschaftler mischten daher zunächst Wasser, Alkohol sowie das Lösungsmittel Toluol mit einer Seifenlösung zusammen. Dadurch bildeten sich winzig kleine Tröpfchen aus Wasser, Alkohol und der Seife in dem Toluol aus.

Wenn diese Mischung erhitzt wurde, teilte sie sich spontan in zwei unterschiedlich dichte Phasen mit verschiedenen Tröpfchenkonzentrationen aus. Die Oberflächenspannung der Grenzschicht zwischen den Phasen war dabei sehr gering ? die erste Hürde dieses Experiments war somit überwunden.

Die Forscher schossen nun einen Laserstrahl von oben senkrecht auf die Grenzschicht zwischen den beiden Flüssigkeiten. Der Strahlungsdruck des Lichtstrahls drückte einen Teil der oberen, weniger dichten Flüssigkeit in die untere hinein: Die glatte Grenzschicht beulte sich immer mehr in die dichtere Flüssigkeit hinein aus. Dadurch verkleinerte sich der Einfallswinkel des Laserstrahls auf die Grenzschicht, bis dieser an ihr komplett reflektiert wurde. Er drang nicht mehr in die dichtere Flüssigkeit ein.

Durch dieses in der Optik unter dem Namen Totalreflexion bekannte Phänomen wurde die Richtung des Lichtstrahls umgekehrt. Der Druck auf die Grenzfläche vergrößerte sich dadurch so stark, dass sie diesem nicht mehr standhalten konnte: Die obere Flüssigkeit brach in Form eines haardünnen Strahls in die untere ein.

Die Forscher hoffen, dass ihre neue Technik zur Herstellung von Flüssigkeitsstrahlen mit genau festgelegten Eigenschaften eingesetzt werden kann. Dazu muss nur die Stärke des Laserstrahls variiert werden. Flüssigkeitsstrahlen werden etwa in Tintenstrahldruckern oder auch in der Medizin als Operationsstrahlen eingesetzt.