牽引光束是科幻小說中的常見元素，可能正朝著科學事實邁進。在今年春天早些時候發表的一篇論文中，物理學家們提出了一種可能使光能夠拉動物體的結構。
通常，光會推動物體，儘管力道很弱。在光學操縱領域，光鑷利用這種推力來移動從原子到細菌的微觀物體。如果也能實現拉動，將提高光學操縱的精度和範圍。對於太空飛行，工程師們已經提出了帆來捕捉光所施加的力。
新提出的牽引光束可能在生物學或醫學領域更有用，而不是拖曳太空飛船。“如果你想把某物拉向你，你只需降低壓力，”以色列理工學院的物理學家莫迪凱·謝格夫說，他在四月份的光學快報論文中描述了他團隊的想法。“你製造一點真空，”他補充道。問題在於，在敏感的醫療應用中，例如肺部手術，重要的是不要改變壓力或引入任何新氣體。“在這裡，光將成為吸力裝置，”他說，“所以壓力根本不會改變。僅僅是光而已。”
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先前關於“牽引光束”的想法通常側重於建立新的引力場來拖動物體，加熱空氣以產生壓力差，或在物體中感應出電荷和磁荷，使其逆著入射雷射束的方向移動。
最新的方案利用了一種稱為負輻射壓力的現象。俄羅斯物理學家維克多·維謝拉戈在他的 1967 年論文中首次提出了它的存在，該論文是關於具有一種稱為負折射率的異常特性的材料。折射率是一個數字，描述了光線進入玻璃透鏡或其他介質時彎曲的方式，在論文發表時，沒有人知道這種數字在任何材料中是否可以是負數。但在過去的幾十年裡，幾個研究團隊證明負折射可以發生在特製物質中，這些物質被稱為超材料，它們已經導致了有限的隱形斗篷和無失真“超級”透鏡。
負輻射壓力的機制取決於光波的兩個方面：群速度和相速度。光波由較小的波群組成；群速度是整體波群的速度和方向，相速度指的是一個較小的組成波上的點的速度和方向。光波的電磁能量沿著群速度的方向傳播，而波對粒子的影響沿著相速度的方向傳播。如果這兩個速度指向不同的方向，則可能產生負輻射壓力。
使用超材料透過負輻射壓力移動粒子一直受到阻礙，因為大多數這些材料是固體的，並且引入粒子間隙會消除負輻射壓力。此外，目前所有的超材料都含有金屬，這會吸收電磁能量，使得對粒子的拉動效果可以忽略不計。
以色列理工學院的團隊沒有使用超材料，而是提出了一種由具有稱為雙折射特性的材料製成的波導來產生必要的光學效應。雙折射自然發生在石英和方解石等晶體中，它描述了根據光線進入材料的方向，具有多個折射率的材料。將方解石晶體放在報紙上，影像會突然加倍。
謝格夫及其團隊的設計使用不同型別雙折射的材料層，以及專門設計的鏡子，來製作一個關於如何實現負輻射壓力的實用模型。在這個波導中，群速度將沿一個方向移動，而相速度將沿相反方向移動。最重要的是，它包括層之間的大間隙。這個間隙不干擾材料的光學特性，允許引入粒子並將其拉入波導。“這就像一個三明治，”謝格夫說。
所提出的設計可以使用各種雙折射材料，這些材料廣泛可用且不含金屬，因此它們不會奪走太多光能量。此外，儘管使用的雙折射材料只有微米厚，但間隙可以是毫米寬，從而使相當大的粒子可以透過光進行操縱。
馬薩諸塞大學洛厄爾分校的物理學家維克托·波多爾斯基沒有參與這項研究，他說超材料方法和雙折射方法都解決了建立負輻射壓力中的不同問題，並且各有優缺點。“超材料正在解決一組問題，在這些問題中，你試圖將光限制在更小、更特殊的空間中，”波多爾斯基解釋道。相比之下，雙折射方法“做了相反的事情。它將負折射帶到更大規模的物體層面。”這兩種方法將來都可能找到應用。
香港科技大學物理系研究助理教授吳傑克曾參與牽引光束關於電荷感應的方案，他說這項研究可能有一些有趣的想法，但也存在一些缺陷。他特別指出，儘管該小組表明能量傳遞可以是負的，但他們“沒有表明力可以是負的”。換句話說，粒子可能不會移動。
無論如何，透過任何手段產生負輻射壓力的想法很大程度上存在於紙上；謝格夫的實驗室甚至沒有建立其提出的波導所需的資源。然而，謝格夫表示，有幾家公司可以製造必要的材料，研究人員希望儘快找到一家公司，以便他們可以對他們的設計進行實驗測試。在那之前，粒子們將不得不等待體驗被光吸引的感覺。