Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laserphysik: Durchbruch nach Feierabend

08.06.2000

 

Marburger und Frankfurter Physikern gelingt vermeintlich aussichtsloses Grundlagenexperiment

Einem Team von Physikern der Universitäten Marburg und Frankfurt am Main ist ein wichtiges Grundlagenexperiment zum Verhalten von Atomen in extrem starken Laserlicht gelungen. Das berichtet die Zeitschrift "Nature" in ihrer Ausgabe vom 8. Juni. Besonders bemerkenswert erscheint diese Leistung, weil beide Arbeitsgruppen eigentlich auf anderen Gebieten arbeiten und während ihrer Freizeit ein Experiment wagten, das Fachleute für aussichtslos gehalten hätten.

Atome verlieren unter Energiezufuhr einzelne Elektronen - ein Prozess, der in jeder Kerzenflamme oder Leuchtstoffröhre zu beobachten ist. "Normalerweise liegt uns Atomphysik fern", sagt der Marburger Physiker Dr. Harald Giessen von seiner Arbeitsgruppe. Sie erforscht Halbleiter und Polymere und betreibt in diesem Zusammenhang auch ein Laser-Labor. Auf einer Konferenz über ultraschnelle Laser hörte er dann jedoch den Vortrag eines theoretischen Physikers aus Kanada darüber, dass Atome unter extrem starkem Laserlicht viel häufiger als erwartet ihre Elektronen gleich paarweise verlieren. Um den Mechanismus zu verstehen, müsste man Energiedichten von etwa 1 Billiarde Watt pro Quadratzentimeter erreichen, spekulierte der Theoretiker. Am Lawrence Livermore Laboratorium, wo im Rahmen der US-amerikanischen Rüstungsforschung die stärksten Laser der Welt unterhalten werden, hatte man vergeblich versucht, dieses Experiment durchzuführen. Harald Giessen überschlug die Zahlen auf einem Fetzen Papier und kam zu einem Ergebnis, das ihn selbst verblüffte: Mit seinem Marburger Laser müsste es möglich sein, die für das atom-physikalische Grundlagenexperiment notwendige Energiedichte zu erreichen.

Der Titan-Saphir-Laser im Marburger Halbleiterlabor, finanziert aus Mitteln des Landes Hessens, kann sich nicht im entferntesten mit den gigantischen Lasermaschinen aus Livermore messen. Aber die Marburger Physiker beherrschen zwei Tricks konkurrenzlos gut: Sie können extrem kurze Laserpulse vom Hundertausendstel einer Milliardstel Sekunde Dauer erzeugen und damit die Energie eines Pulses zeitlich um den Faktor eine Million konzentrieren. Und sie können das Laserlicht auf eine so kleine Fläche fokussieren, dass sie damit gleich mehrere Löcher nebeneinander auf eine Haaresbreite brennen könnten, was die Energiedichte im Vergleich zu Konkurrenzgruppen noch einmal um den Faktor 100 steigert. In der Summe können also so Energiedichten erzeugt werden, die 100 Millionen mal größer sind als bei der Konkurrenz, so dass sogar der von dem Theoretiker geforderte Wert erreichbar schien, auch wenn der Marburger Laser in einem Wohnzimmer Platz fände.

Früher hatte man geglaubt, dass Atome auch bei Bestrahlung mit extrem starkem Laserlicht die Elektronen nacheinander verlieren, doch tatsächlich entreißt so ein Lichtblitz Argon-Atomen ihre beiden Elektronen gleich paarweise. Doch zuvor war noch ein zweites Problem zu lösen, denn Elektronen und verbliebene Restatome müssen auch nachgewiesen werden. Das beherrscht wiederum eine Arbeitsgruppe um Dr. Reinhard Dörner von der Universität Frankfurt konkurrenzlos gut. Die Frankfurter Physiker betreiben als einzige in Deutschland einen Detektor, der es erlaubt, gleichzeitig die Elektronenpaare sowie die positiv geladenen Atomreste aufzuspüren und so dem Zerplatzen eines einzelnen Argon-Atoms zuzuordnen. Die Frankfurter Detektorkammer ist überdies transportabel, so dass Giessen und Dörner außerhalb ihrer normalen Tätigkeit eine Zusammenarbeit verabredeten. Die Frankfurter brachten ihren Detektor auf einem Lkw nach Marburg, und in der unglaublich kurzen Zeit von nur sechs Wochen zogen sie die Versuche durch: "Wir haben in drei Schichten rund um die Uhr gearbeitet", berichtet Harald Giessen, denn jedes Einzelexperiment dauerte mehrere Tage, bis genügend zerplatzte Argon-Atome gezählt waren, um sie statistisch auswerten zu können.

Die Ergebnisse haben für Aufsehen in der Physiker-Gemeinde gesorgt: Nicht nur klappte ein für aussichtslos gehaltenes Experiment, es gelang auch noch einer Arbeitsgruppe, die gar nicht zu den etablierten Spielern auf dem Gebiet gehört. Der Lohn ist eine Veröffentlichung in "Nature", die in den Naturwissenschaften als die führende Zeitschrift gilt. Jetzt ist klar, warum viel häufiger als erwartet Elektronen von starkem Laserlicht gleich paarweise herausgerissen werden: Am besten stellt man sich die äußeren Elektronen des Argons als Stahlkugeln vor, die auf einem periodisch hin- und herschwankenden Tablett herumrollen. Das elektrische Feld des Laserlichts sorgt für eine zusätzliche Neigung des Tabletts. Bevor aber eine Stahlkugel endgültig herunterfallen kann, neigt sich das Tablett schon wieder zur anderen Seite, und die Kugel rollt zurück. Dabei kann sie auf eine zweite Kugel stoßen, und beide fliegen gemeinsam vom Tablett herunter.

Giessen und Dörner, der jetzt an der Universität Freiburg arbeitet, haben inzwischen auch noch einen zweiten Beleg für diese Modellvorstellung erbringen können. Es ist ihnen gelungen, die Intensität des Laserlichts weiter zu steigern. Auf das Tablett übertragen heißt das, dass es so stark geneigt wird, dass einige Kugeln unkoordiniert schon beim ersten Kippen vom Tablett fallen. Und tatsächlich haben sie messen können, dass Elektronen dann unabhängig voneinander aus den Argon-Atomen gerissen werden. Voraussetzung für den unglaublichen Erfolg ist die hervorragende Geräteausstattung, die durch einen Sonderforschungsbereich in Marburg gegeben ist, eine Portion Dreistigkeit, Begeisterung für Physik selbst noch nach Feierabend und ein Chef (Professor Wolfgang Rühle), der seinen Mitarbeitern die Freiheit gibt, auch einmal über den Tellerrand zu blicken.

Kontakt:

Dr. Harald Giessen


Ein Elektron wird zunächst befreit, dann

aber vom Laserlicht zurück in Richtung auf das Atom beschleunigt. Es

trifft auf ein zweites Elektron und beide fliegen gemeinsam davon.

(Grafik: Giessen)


Fachbereich Physik
Arbeitsgruppe Halbleiterphysik

... mehr zu:
»Laser »Laserlicht »Physik

Renthof 5
35032 Marburg
Telefon: 06421 / 28-22122

Fax: 06421 / 28-27036
E-Mail: harald.giessen@physik.uni-marburg.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Ulrich Thimm |

Weitere Berichte zu: Laser Laserlicht Physik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Highlight der Halbleiter-Forschung
20.02.2018 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Beobachtung und Kontrolle ultraschneller Prozesse mit Attosekunden-Auflösung
20.02.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics