Forscher visualisieren Unsichtbarkeit

Oben: Raum mit verspiegeltem Boden; Mitte: der Raum mit zentraler Erhöhung; Unten: Unsichtbarkeitsteppich lässt Erhebung verschwinden, doch hinterlässt verräterische Spuren. Bild: Optics Express

Die Forschung an Tarnkappen, welche Objekte unsichtbar machen, spielt sich bislang in der Praxis nur auf sehr kleinem Maßstab ab. Doch Forscher am Institut für Angewandte Physik des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) haben ein Visualisierungstool entwickelt, dass die technologisch erzielte Unsichtbarkeit und deren Einschränkungen sichtbar macht.

In einer eigens geschaffenen Raytracing-basierten Computersimulation haben die Wissenschaftler als Beispiel einen Raum abgebildet, in dem eine Bodenwelle unsichtbar gemacht wird. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift Optics Express berichten, zeigt sich deutlich, dass die Unebenheit zwar tatsächlich zu verschwinden scheint - die Tarnvorrichtung selbst sich aber optisch verrät.

Tarnteppich tarnt nicht sich selbst

Als Beispiel haben die Forscher einen dreiseitigen Raum mit einer Erhebung in der Mitte des verspiegelten Bodens dargestellt. Um die Unebenheit verschwinden zu lassen, kommt ein virtueller Unsichtbarkeitsteppich zum Einsatz. Das ist ein Tarnprinzip ähnlich jenem, welches Forscher an der University of California in Berkeley für Flächen im Mikrometerbereich schon praktisch getestet haben.

Durch die Simulation wird erstmals deutlich, wie eine derartige Unsichtbarkeit in großem Maßstab tatsächlich aussehen würde. Dabei zeigt sich klar, dass der Tarnteppich bis zu einem gewissen Grad sichtbar bleibt, weil es zu Oberflächenreflektionen und Ungenauigkeiten kommt. Das bezeichnen die Forscher als "Straußeneffekt" in Anlehnung an den Laufvogel, dem der Volksglaube nachsagt, dass er bei Gefahr den Kopf in den Sand stecke, um unsichtbar zu werden.

Herausferderung durch Metamaterialien

Die Simulationssoftware der KIT-Forscher wurde speziell dafür entwickelt, mit ungewöhnlichen optischen Medien umzugehen. Das umfasst insbesondere sogenannte Metamaterialien - künstlich hergestellte, komplexe Kompositmaterialien mit optischen Eigenschaften, die nicht in der Natur vorkommen. Dazu zählt speziell ein negativer Brechungsindex, der Tarnkappen erst möglich macht. Doch neben der praktischen Umsetzung ist auch die Simulation sehr schwierig.

Um das Verhalten von Licht unter diesen Bedingungen zu simulieren, müssen in einem Raum hundertausende Volumselemente einzeln behandelt werden, während normale Simulationssoftware mit einigen hundert auskommt, so Jad C. Halimeh, Hauptautor der Arbeit. Die Software wird von den Wissenschaftlern am KIT nun auch genutzt, um zu beurteilen, wie vielversprechend verschiedene Materialansätze für Tarnvorrichtungen tatsächlich sind, heißt es auf Anfrage von pressetext.

Quelle: pressetext.deutschland (Thomas Pichler)