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 Energiesparender Spin-Strom über magnetisches Feld und Temperatur steuerbar
17.08.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Hitzefrei im Elektromobil: Neuartige Materialien steigern Komfort und Reichweite von E-Fahrzeugen
16.08.2018 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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