Wien – Wenn die Bewegung der Welle durch eine unregelmäßige Umgebung beeinflusst wird, kann es zu einem merkwürdigen Phänomen kommen, berichtet die Technische Universität Wien: Die Welle teilt sich in mehrere Pfade auf und verästelt sich auf komplizierte Weise. Das Ergebnis: Manche Orte erreicht sie mit hoher Intensität, andere fast gar nicht.

Eine solche "Wellen-Verästelung" ("Branched Flow") wurde 2001 erstmals beobachtet, als man Elektronen untersuchte, die sich als Quanten-Wellen durch winzige Mikrostrukturen bewegen, erklärt Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der TU. Dieses Phänomen sei nicht nur auf die Quantenwelt beschränkt, sondern bei allen Arten von Wellen möglich – von Licht-, über Schall- bis zu Tsunami-Wellen.

Steuerung möglich

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.

Man benötige dafür zwei Schritte: Zunächst lässt man die Welle sich wie gewohnt auf allen Bahnen verästeln. An einem der Orte, die mit hoher Intensität erreicht werden, wird die Welle nun genau vermessen. Mit der Methode, die an der TU Wien nun entwickelt wurde, kann man daraus dann berechnen, wie die Welle beim Einschuss geformt werden muss, damit sie sich danach im zweiten Schritt nur noch entlang der ausgewählten Bahn bewegt und alle anderen Bahnen meidet.

"Wir haben mithilfe von numerischen Simulationen gezeigt, wie man eine Welle finden kann, die sich genau auf die gewünschte Weise verhält. Kennt man dieses Ergebnis, kann man es mit unterschiedlichen Methoden umsetzen", sagt Rotter. "Man kann es mit Lichtwellen machen, die mit speziellen Spiegelsystemen angepasst werden, oder mit Schallwellen, die man mit einem System gekoppelter Lautsprecher erzeugt. Auch Sonar-Wellen im Meer wären ein mögliches Anwendungsgebiet. Die nötigen Technologien dafür gibt es jedenfalls bereits."

Mithörer bleiben ausgesperrt

Selbst gekrümmte Wege seien auf diese Weise 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. An anderen Orten kann es kaum detektiert und somit auch nicht abgehört werden. (APA, red, 24. 6. 2019)