Lasertechnik
Ultraschneller Blick in Atome

Elektronen in Atomen zu beobachten, ist eine extreme technische Herausforderung. Die Bewegung der Teilchen spielt sich in unfassbar kleinen Zeiträumen ab. Doch die Erforschung dieser Bewegung könnte den Schlüssel zur ultimativen Beschleunigung der Computertechnologie oder zur Behandlung schwerer Krankheiten liefern. Mit neuer Lasertechnik ist Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts in Garching jetzt ein wichtiger Durchbruch gelungen.

HB GARCHING. Wer Bewegungen von Elektronen in Atomen beobachten will, der muss schnell sein. Die Teilchen, deren Sprünge unter anderem dafür verantwortlich sind, das Licht ausgesendet wird oder biologische Informationen durch die Nervenbahnen unseres Körpers fließen, bewegen sich im Attosekunden-Bereich. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Von der Beobachtung dieser extrem schnellen Sprünge erwarten Wissenschaftler den Schlüssel zu einer ganzen Reihe unterschiedlicher Anwendungen wie die Entwicklung neuer Lichtquellen, die ultimative Beschleunigung der Computertechnologie oder die Behandlung schwerer Krankheiten.

Um diese Sprünge zu beobachten, benötigt man Technologien, die ebenso kurze Zeiträume zu messen in der Lage sind. Dazu dienen ultrakurze Lichtblitze. Physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben nun einen neuen Rekord aufgestellt: Mit speziellen Laserpulsen erzeugten sie erstmals Lichtblitze, die nur noch rund 80 Attosekunden dauern.

Die Wissenschaftler um Ferenc Krausz nutzten das starke elektrische Feld von Laserblitzen, um Elektronen aus Edelgasatomen zu schlagen. Dabei entstanden so genannte Ionenrümpfe, auf die die Elektronen wenig später zurückgeschleudert wurden. Beim Auftreffen rufen die freien Elektronen extrem schnelle Schwingungen hervor, die nur noch Attosekunden dauern und dadurch wiederum Lichtblitze in Attosekunden-Zeiträumen aussenden

„Elektronen sind in lebenswichtigen mikroskopischen Prozessen genauso wie in der Technik allgegenwärtig. Ihre blitzschnelle Bewegung bestimmt den Ablauf aller biologischen und chemischen Prozesse, wie auch die Geschwindigkeit der Mikroprozessoren, das Herzstück von Computern“, erklärt Ferenc Krausz. „Mit unseren Lichtpulsen machen wir diese Phänomene immer besser sichtbar.“

Ähnlich wie bei der Belichtungstechnik in der Fotografie werden die Bilder aus dem Mikrokosmos umso schärfer, je kürzer die Lichtpulse sind, mit denen sie abgeblitzt werden. „Dank der Attosekundentechnik werden wir eines Tages Elektronenbewegungen, die etwa für eine Krebserkrankung verantwortlich sind, in Zeitlupe beobachten", so Krausz.

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