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 Simulierte Synapsen - TU-Forscher berechnen das neuronale Netz des Gehirns
24.06.2019 | Technische Universität Darmstadt

nachricht Partielle Mondfinsternis am 16./17. Juli 2019
24.06.2019 | Max-Planck-Institut für Astronomie

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: Partielle Mondfinsternis am 16./17. Juli 2019

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Wie im letzten Jahr findet auch 2019 eine in den späten Abendstunden in einer lauen Sommernacht gut zu beobachtende Mondfinsternis statt, und zwar in der Nacht vom 16. auf den 17. Juli. Die Finsternis ist zwar nur partiell - der Mond tritt also nicht vollständig in den Erdschatten ein - es ist aber für die nächsten Jahre die einzige gut sichtbare Mondfinsternis im deutschen Sprachraum.

Am Dienstagabend, den 16. Juli, wird ein kosmisches Schauspiel zu sehen sein: Der Vollmond taucht zu einem großen Teil in den Schatten der Erde ein, es findet...

Im Focus: Fraunhofer IDMT zeigt akustische Qualitätskontrolle auf der Fachmesse für Messtechnik »Sensor + Test 2019«

Das Ilmenauer Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT präsentiert vom 25. bis 27. Juni 2019 am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft (Stand 5-248) seine neue Lösung zur berührungslosen, akustischen Qualitätskontrolle von Werkstücken und Bauteilen. Da die Prüfung zerstörungsfrei funktioniert, kann teurer Prüfschrott vermieden werden. Das Prüfverfahren wird derzeit gemeinsam mit verschiedenen Industriepartnern im praktischen Einsatz erfolgreich getestet und hat das Technology Readiness Level (TRL) 6 erreicht.

Maschinenausfälle, Fertigungsfehler und teuren Prüfschrott reduzieren

Im Focus: Fraunhofer IDMT demonstrates its method for acoustic quality inspection at »Sensor+Test 2019« in Nürnberg

From June 25th to 27th 2019, the Fraunhofer Institute for Digital Media Technology IDMT in Ilmenau (Germany) will be presenting a new solution for acoustic quality inspection allowing contact-free, non-destructive testing of manufactured parts and components. The method which has reached Technology Readiness Level 6 already, is currently being successfully tested in practical use together with a number of industrial partners.

Reducing machine downtime, manufacturing defects, and excessive scrap

Im Focus: Erfolgreiche Praxiserprobung: Bidirektionale Sensorik optimiert das Laserauftragschweißen

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungsverfahren, sondern auch mit der Inline-Prozessregelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungsprozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laserauftragschweißen im Zusammenspiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der LASER World of PHOTONICS 2019 auf dem Messestand A2.431.

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund 10 Jahren gezielt für die Fertigungsmesstechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der...

Im Focus: Successfully Tested in Praxis: Bidirectional Sensor Technology Optimizes Laser Material Deposition

The quality of additively manufactured components depends not only on the manufacturing process, but also on the inline process control. The process control ensures a reliable coating process because it detects deviations from the target geometry immediately. At LASER World of PHOTONICS 2019, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be demonstrating how well bi-directional sensor technology can already be used for Laser Material Deposition (LMD) in combination with commercial optics at booth A2.431.

Fraunhofer ILT has been developing optical sensor technology specifically for production measurement technology for around 10 years. In particular, its »bd-1«...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

17. Internationale Conference on Carbon Dioxide Utilization in Aachen

25.06.2019 | Veranstaltungen

Meeresleuchten, Klimawandel, Küstenmeere Afrikas – Spannende Vielfalt bei „Warnemünder Abenden 2019“

24.06.2019 | Veranstaltungen

Plastik: Mehr Kreislauf gegen die Krise gefordert

21.06.2019 | Veranstaltungen

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

Neuer Therapieansatz fördert die Reparatur von Blutgefässen nach einem Hirnschlag

25.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Neue Herangehensweise bei sich selbstmontierenden Mikromaschinen

25.06.2019 | Maschinenbau

Für ein besseres Klima in den Städten: Start-up entwickelt wartungsfreie, immergrüne Moos-Fassaden

25.06.2019 | Architektur Bauwesen

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