Neuer Lichtblitzrekord

Forscher vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in München haben Lichtblitze erzeugt, die nur noch rund 80 Attosekunden (0, 000 000 000 000 000 08 Sekunden) dauern. Wir hoffen, Theodor Hänsch, Direktor des Instituts und Nobelpreisträger, wird uns während des Lindauer Nobel Laureates Meetings schon in seinem Eröffnungsvortrag am Montag, 30.6. um 9 Uhr mehr über die aktuell in Science publizierten Ergebnisse berichten (Science Band 320, S.1614, 2008). Und der niederländische Nobelpreisträger Nicolaas Bloembergen, der sich ebenfalls den Lasern verschrieben hat, kann seinen Vortrag “From millisecond to attosecond Laser Pulses” für Donnerstag, 3.7. um 10 Uhr um einen neuen Weltrekord erweitern.

Der Wettlauf der Physik um immer neue extrem kurzer Laserpulse erfüllt natürlich zentrale Zwecke. Mit Hilfe der extrem schnellen Blitze können Prozesse zwischen Elektronen und Atomen, Molekülen und Festkörpern beobachtet werden. Die Forscher rund um Eleftherios Goulielmakis vom MPQ und Ferenc Krausz vom Munich-Centre for Advanced Photonics sehen Anwendungen dank dieser Einblicke in den Attokosmos bei der Entwicklung neuer Lichtquellen, einem besseren Verständnis von Krankheiten oder einer Beschleunigung elektronischer Datenverarbeitung.

Die Forscher erzeugen den Attoblitz mittels einer Art Kettenreaktion, an deren Ende die Elektronen eines Edelgases die gewünschten Lichtblitze aussenden, wie in der Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft beschrieben:

“Am Anfang der Kette steht nahes, infrarotes Laserlicht, das ein starkes elektrisches Feld besitzt. Mit diesem Licht erzeugen die Wissenschaftler Laserblitze, deren Feld kaum mehr als eine einzige kräftige Schwingung mit einer Periode von etwa 2,5 Femtosekunden (eine Femtosekunde sind 1000 Attosekunden) ausführt. Das heißt: Die Lichtwelle beinhaltet nur mehr zwei hohe Wellenberge und ein tiefes Wellental dazwischen. An den Spitzen dieser Berge und am Tiefpunkt des Tales ist die Kraft am stärksten, die das elektrische Lichtfeld auf die Elektronen ausübt.
Dadurch schlägt es Elektronen aus den Edelgasatomen heraus, die die Garchinger Physiker in ihrem Experiment verwendet haben. Übrig bleiben nur Ionenrümpfe. Durch die Schwingung des Lichtfeldes ändert die Kraft ihre Richtung und schleudert die Elektronen wenig später wieder zu den Ionenrümpfen zurück. Beim Auftreffen rufen die freien Elektronen extrem schnelle Elektronenschwingungen hervor, die nur noch Attosekunden dauern und dadurch wiederum Lichtblitze in Attosekunden-Zeiträumen aussenden. Diese Blitze befinden sich dann im Bereich des extremen ultravioletten Lichts von circa 10 bis 20 Nanometer Wellenlänge.

Die kontrollierte Erzeugung dieser einzigen kräftigen Lichtschwingung erlaubte es dem Garchinger Forscherteam nun erstmals, dreimal Elektronen innerhalb eines einzelnen Laserpulses freizusetzen. Bei ihrer Rückkehr zum Ionenrumpf senden sie dann exakt drei Attosekundenpulse aus. Einer dieser drei Pulse besitzt eine besonders hohe Intensität, er besteht aus mehr als 100 Millionen Photonen. Diesen Puls filtert das Team mit speziellen Röntgenspiegeln heraus, die die Arbeitsgruppe von Ulf Kleineberg entwickelt hat, und erzeugt dadurch einen einzelnen Röntgenblitz mit einer Dauer von 80 Attosekunden. Mit ihrer enormen Kürze und Intensität bilden die Attosekundenpulse der Forscher eine neue Generation.”