Einsteins Lichtteilchen analysieren und nutzen

Physiker der Universität Jena an neuem Sonderforschungsbereich/Transregio beteiligt

Teilchen des Lichts, so genannte Photonen, verändern ihre Eigenschaften je nach Umgebung und Zustand – das hatte bereits Albert Einstein vorausgesagt. Beweisen ließ sich das bisher – wie viele Einsteinsche Theorien – kaum. Dies soll sich nun ändern, wenn am 1. Juli der neue Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TR) 18 „Relativistische Laser-Plasma-Dynamik“ seine Arbeit aufnimmt. Ihn hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gerade bewilligt und für die ersten vier Jahre ca. 7,2 Millionen Euro zur Förderung der insgesamt 17 Teilprojekte zur Verfügung gestellt. Am neuen SFB/TR sind die Universitäten Düsseldorf, mit dem Sprecher Prof. Dr. Oswald Willi, sowie München und Jena beteiligt.

Drei Teilprojekte werden an der Friedrich-Schiller-Universität von den Professoren Roland Sauerbrey, Eckhart Förster, Andreas Wipf sowie den Doktoren Heinrich Schwoerer und Ingo Uschmann bearbeitet. Dafür fließen 1,2 Millionen Euro der DFG-Fördermittel an die Jenaer Alma Mater.

Hier wird u. a. auf die Kenntnisse aufgebaut, die Sauerbreys Team bei der vom Thüringer Wissenschaftsministerium geförderten Entwicklung eines Petawatt-Lasers – also eines Lasers, der eine Leistung von Billiarden Watt erzeugt – erworben hat. Denn im neuen SFB/TR 18 werden Energiedichten erzeugt, die höher sind als im Inneren der Sonne. Möglich wird dies durch Laserpulse, die nur noch wenige Femtosekunden dauern. Zum Vergleich: In 100 Femtosekunden legt ein Lichtstrahl nur eine Strecke zurück, die der Dicke eines Haares entspricht.

Mit dieser Energie möchten die Forscher exotische Materiezustände produzieren. „Wir befinden uns dann im Feld der so genannten relativistischen Optik“, sagt Prof. Sauerbrey. Dort bewegen sich die Elektronen im Lichtfeld fast mit Lichtgeschwindigkeit, wodurch die Teilchen schwerer werden. Diese Disposition verändert die optischen Eigenschaften der Teilchen und „so kann man relativistische Effekte beobachten“, ist sich der Jenaer Physiker sicher. „Vom Licht werden Teilchen beschleunigt, mit dem wiederum kleinste Teilchenbeschleuniger gebaut werden können“, erwartet Sauerbrey. Die Energieausbeute dieser Mini-Kraftwerke, die weniger als ein Zehntel Millimeter groß sein werden, soll über 10 Gigawatt betragen. Damit könnten dann im Labormaßstab „Kernreaktionen induziert und Elementarteilchenphysik betrieben werden“, weist Sauerbrey auf zukünftige Anwendungen.

Wenn ihnen dies gelingt, werden auch extreme Magnetfelder entstehen, die eine Milliarde Mal größer sind als das Magnetfeld der Erde. In einem weiteren Jenaer Teilprojekt sollen diese kleinen, aber superstarken Felder dann vermessen werden.

Ein theoretisches Projekt ergänzt das Jenaer Spektrum am neuen SFB/TR 18. Prof. Wipf wird untersuchen, wie und unter welchen Bedingungen eine Teilchenerzeugung aus dem Vakuum möglich ist.

Für die Zukunft sind die Jenaer Forscher aber ebenso optimistisch wie die DFG. Die Förderorganisation hat das neue Großprojekt bewilligt, weil „die Universitäten Düsseldorf und Jena sowie die Ludwig-Maximilians-Universität München schon jetzt einen führenden Ruf in der Plasma- und Laserphysik genießen“. „Wir werden alles dafür tun, dass dieser gute Ruf erhalten und ausgebaut wird“, verspricht Prof. Sauerbrey.

Kontakt:

Prof. Dr. Roland Sauerbrey
Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 9472-00, Fax: 02
E-Mail: sauerbrey@ioq.uni-jena.de