Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laserblitze erhellen den Mikrokosmos

06.07.2004


Mit ultrakurzen Lichtpulsen erzeugen Forscher am MBI exotische Materiezustände


Wir simulieren auf allerkleinstem Raum Verhältnisse, wie sie im Inneren einer Sonne herrschen. So umschreibt Dr. Matthias Schnürer vom Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie seine Arbeit. Diese Versuche sind Teil eines neuen Sonderforschungsbereiches, den die DFG kürzlich bewilligt hat. Der Sonderforschungsbereich/Transregio heißt Relativistische Laser-Plasma-Dynamik , seine Besonderheit ist, dass er über drei Universitäten (Düsseldorf, München, Jena) und zwei außeruniversitäre Institute (Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching, und Max-Born-Institut Berlin) verteilt ist. Sprecher ist Professor Dr. Oswald Willi von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.

Warum relativistisch? Licht ist ein elektromagnetisches Wechselfeld, das geladene Teilchen, also auch Elektronen, beschleunigen kann. Unser Laserlicht ist so stark, dass Elektronen in diesem Feld selbst bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und das, obwohl sie in einer Millionstel Sekunde hundert Millionen mal ihre Bewegungsrichtung umkehren, eine schwindelerregende Karussellfahrt. Eine solche Bewegung kann nur noch mit Einsteins Relativitätstheorie beschrieben werden, erläutert der Berliner Forscher Matthias Schnürer, daher nennen wir sie relativistisch. Selbst wenn Elektronen extrem leicht sind und daher leicht beschleunigt werden können, benötigt man für relativistische Bewegungen enorme Lichtleistungen. Zurzeit erzeugen die Wissenschaftler in dem Höchstleistungs-Laserlabor des MBI kurzfristig Lichtleistungen von vielen Milliarden Kilowatt. Zum Vergleich: Das Blitzlicht eines Fotoapparats setzt kurzfristig tausend Watt frei, also ein Kilowatt. Ein Kilo Sprengstoff (TNT) liegt bei einer Million Watt, das ist ein Megawatt. Ein Blitz bei einem Gewitter kommt immerhin schon auf eine Billion Watt (10 hoch zwölf oder ein Terawatt, eine Milliarde Kilowatt). Der Hochleistungslaser am MBI schafft derzeit 25 Terawatt, 100 Terawatt sind demnächst vorgesehen. Anders ausgedrückt: Die MBI-Forscher setzen kurzfristig mehr Lichtleistung frei als alle Kraftwerke der Welt im Dauerbetrieb erzeugen. Und sie können dennoch die Stromrechnung bezahlen. Denn diese immense Energiedichte dauert nur extrem kurz. Die Zeitskala ist dabei ebenso unvorstellbar klein wie die Leistungsskala groß: Unsere Pulse dauern etwa dreißig Femtosekunden, sagt Schnürer. Eine Femtosekunde ist der milliardste Teil einer Millionstelsekunde. Außerdem ist die Fläche sehr klein, die bestrahlt wird. Wir fokussieren den Strahl auf wenige Mikrometer Durchmesser, sagt Schnürer, also wenige tausendstel Millimeter.


In diesem Kosmos von wenigen Kubikmikrometern Raum entsteht dann ein Plasma mit extrem schnellen Teilchen. Schnürer: Wichtige Fragen für uns sind: Wie wird Energie in solch relativistischen Plasmen transportiert? Wie funktioniert überhaupt so ein Plasma? Um das herauszufinden, bedienen sich die Forscher eines Kniffs. Sie nutzen Eigenschaften des relativistischen Plasmas, um das Plasma selbst zu untersuchen. Der exotische Materiezustand führt nämlich dazu, dass nicht nur Elektronen, sondern auf Umwegen auch die viel schwereren Protonen beschleunigt werden ein Protonenstrahl entsteht. Diese positiv geladenen Bestandteile eines Atomkerns, die in einem lasererzeugten Plasma entstehen, werden durch ein zweites, benachbartes Plasma geschossen und darin abgelenkt. Wir untersuchen diese Ablenkung, berichtet Schnürer, und gewinnen daraus wichtige Erkenntnisse über die Vorgänge im Inneren des Plasmas. Es ist wie ein kleines kosmisches Labor, in dem Energieflüsse simuliert und sogar gemessen werden können, die in Sternen eine Rolle spielen. Allerdings braucht man dazu zwei getrennte Plasmen. Am MBI werden sie mit Hilfe zweier verschiedener Höchstleistungslaser erzeugt, die innerhalb von Bruchteilen von milliardstel Sekunden gleichzeitig feuern eine Spezialität, die in Deutschland und Europa einmalig ist und die das MBI zu einem begehrten Kooperationspartner für solche Experimente macht.

Neben solch grundlegenden Fragen gibt es jedoch auch anwendungsnahe Aspekte. Denn der erzeugte Protonenpuls kann auch zur Strukturuntersuchung von ganz normaler Materie, Festkörper oder gar biologische Moleküle, genutzt werden. Zwar ist seine Pulsdauer weit kürzer als die Pulsdauer von Protonenstrahlen aus großen Teilchenbeschleunigern und Forschungsreaktoren, doch dafür ist der Strahl viel dichter. Außerdem braucht man keine dieser Megamaschinen, um den Protonenstrahl zu erzeugen. Die Laseranlage im MBI ist zwar beeindruckend groß, doch die kurzen Lichtpulse lassen sich im Prinzip auf zwei großen Labortischen erzeugen. So könnte es bei fortschreitender Miniaturisierung analog zum Tisch-Computer demnächst auch einen Tisch-Beschleuniger geben.

Ansprechpartner:

Dr. Matthias Schnürer
Tel.: 030 / 63 92 1315
schnuerer@mbi-berlin.de

Dr. Peter Nickles
Tel.: 030 / 6392 1310
nickles@mbi-berlin.de

Josef Zens | idw
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de
http://www.mbi-berlin.de

Weitere Berichte zu: Elektron Kilowatt Lichtleistung MBI Protonenstrahl Terawatt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Energieproduzierende Fenster stehen kurz bevor
23.02.2017 | University of Minnesota / Università degli Studi di Milano-Bicocca

nachricht Hauchdünn wie ein Atom: Ein revolutionärer Halbleiter für die Elektronik
23.02.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie