Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unterwegs in einer Trillionstel Sekunde

24.02.2016

Forschern ist es gelungen, die Richtung ultraschneller Elektronen mithilfe eines Lasers zu kontrollieren

Eine Attosekunde oder eine Trillionstel Sekunde: Mit dieser unvorstellbaren Geschwindigkeit bewegen sich Elektronen in Atomen und Molekülen und bestimmen so chemische, physikalische und biologische Prozesse wie die Photosynthese oder Verbrennungen.


Schematische Darstellung des Experiments: Die Laserpulse (rote Wellen) kontrollieren die Elektronen (grün), die von Atomen (pink) abgegeben werden. Grafik: Maurizio Contran, Politechnikum Mailand/Italien

Einem internationalen Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, mit einem so genannten Freie-Elektronen-Laser die Bewegungsrichtung von Elektronen in solchen Abläufen zu kontrollieren. Die Ergebnisse, die das Team in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht hat, eröffnen neue Möglichkeiten für Studien zu natürlichen Prozessen in Attosekundenschnelle.

Eine Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Frank Stienkemeier vom Physikalischen Institut der Universität Freiburg hat die für die Experimente genutzte Apparatur konzipiert und ihren Aufbau als Teil des Freie-Elektronen-Lasers FERMI am Forschungszentrum Elettra-Sincrotrone in Triest/Italien koordiniert.

Freie-Elektronen-Laser sind wegen ihrer aufwendigen Technik und Größe nur an wenigen Standorten weltweit zu finden. Sie basieren auf einer Technik, die in den vergangenen Jahren entwickelt wurde, und die Laserlicht im Bereich der unsichtbaren, so genannten extrem-ultravioletten (XUV) Strahlung oder der Röntgenstrahlung erzeugt.

Laser geben elektromagnetische Strahlen ab, die gegenüber anderen Lichtquellen den Vorteil haben, dass sie Licht in wesentlich höherer Intensität, scharfer Bündelung und großer Kohärenz – also einheitlichen Wellen – abgeben. Die von Stienkemeier und seinem Team entwickelte und mithilfe der Werkstätten des Physikalischen Instituts gebaute Apparatur, genannt Low Density Matter (LDM) Beamline, nutzt diese XUV- und Röntgenstrahlen für Experimente mit isolierten Atomen und Molekülen.

In der LDM-Beamline haben Forscherinnen und Forscher unter Beteiligung der Freiburger Arbeitsgruppe zwei Laserfelder unterschiedlicher Farben in einer zeitlichen Auflösung von drei Attosekunden erzeugt und damit die Richtung von Elektronen kontrolliert, die von Atomen abgegeben wurden. Elektronen sind Elementarteilchen, die in Atomen gebunden und damit grundlegend für chemische Verbindungen sind.

Während Atome Bindungen in Femtosekunden – einer Billionstel Sekunde – eingehen, bewegen sich Elektronen tausendmal schneller und steuern chemische, physikalische und biologische Prozesse.
Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler mit der neuen Technik komplexere natürliche Vorgänge wie die Katalyse erforschen.

An der veröffentlichten Arbeit waren Forscher aus Italien, Japan, Russland, Australien, Slowenien und den USA beteiligt sowie vom European XFEL in Hamburg, vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg und der Technischen Universität Berlin.

Originalpublikation:
K. C. Prince et al. (2016): Coherent control with a short-wavelength free-electron laser. In: Nature Photonics. DOI 10.1038/nphoton.2016.13
www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2016.13.html

Kontakt:
Prof. Dr. Frank Stienkemeier
Physikalisches Institut
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-7609
E-Mail: stienkemeier@uni-freiburg.de

Weitere Informationen:

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2016/pm.2016-02-24.24

Rudolf-Werner Dreier | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Das anwachsende Ende der Ordnung
27.03.2017 | Universität Konstanz

nachricht In einem Quantenrennen ist jeder Gewinner und Verlierer zugleich
27.03.2017 | Universität Wien

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE