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Elektronen in Echtzeit beobachten - Hochbegabte junge Physiker aus 67 Ländern diskutieren mit Nobelpreisträgern über Gre

17.06.2008 - (idw) Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau e.V.

Laser können messen und schneiden, abbilden und anheften, Energie übertragen wie Daten speichern. Sie sind eine der Folgen der Quantenphysik, die unseren Alltag fundamental verändert haben - auch für die Physiker selbst, die mit Hilfe der Laserspektroskopie das Innere der Atome mit bisher unbekannter Präzision vermessen können. Nicolaas Bloembergen, John Hall und Theodor Hänsch sind drei Pioniere dieser Forschungsrichtung, mit denen begabte Nachwuchswissenschaftler aus aller Welt bei der 58. Nobelpreisträgertagung in Lindau persönlich über die Grenzen des Messbaren diskutieren werden. Laser sind eine der faszinierendsten Erfindungen des zwanzigsten Jahrhunderts. Ohne das im Gleichtakt gebändigte Laserlicht ließen sich keine Informationen in Glasfasern übertragen, keine modernen Wolkenkratzer bauen und keine Koordinaten für Navigationsgeräte ansteuern. Laser können messen und schneiden, abbilden und anheften, Energie übertragen wie Daten speichern. Sie sind eine der Folgen der Quantenphysik, die unseren Alltag fundamental verändert haben - auch für die Physiker selbst, die mit Hilfe der Laserspektroskopie das Innere der Atome mit bisher unbekannter Präzision vermessen können. Nicolaas Bloembergen, John Hall und Theodor Hänsch sind drei Pioniere dieser Forschungsrichtung, mit denen begabte Nachwuchswissenschaftler aus aller Welt bei der 58. Nobelpreisträgertagung in Lindau persönlich über die Grenzen des Messbaren diskutieren werden.

Weil Laserlicht aus dem Übergang zwischen zwei bekannten Energieniveaus entsteht, kann man es umgekehrt dazu nutzen, die Wellenlängen des Lichts zu bestimmen, die von bestimmten Atomen ausgesandt werden, also die Farbspektren solcher Lichtquellen zu ermitteln und das Innerste von Atomen zu vermessen. Dazu werden die Laser nicht kontinuierlich, sondern in exakt definierten Pulsen abgestrahlt. Einer der Väter dieser sogenannten Laserspektroskopie - und Erfinder der nicht-linearen Optik - ist Nicolaas Bloembergen, der dafür 1981 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. In Lindau wird Bloembergen sich der Zukunft zuwenden und die atemberaubende Entwicklung nachzeichnen, die die Laserspektroskopie genommen hat: "From millisecond to attosecond laser pulses" heißt sein Vortrag. Denn die ersten Laserpulse in den sechziger Jahren dauerten noch eine Tausendstel Sekunde lang, etwa so lang wie ein Lidschlag. Heute nähert sich die Länge der Laserpulse dagegen schon einer Attosekunde, das ist der millionste Teil des millionsten Teils einer millionstel Sekunde. Das ist eine Zeiteinheit, in der sogar das unvorstellbar schnelle Licht wie eingefroren erscheint. Während das Licht nämlich innerhalb einer Millisekunde den Bodensee an seiner längsten Stelle fünf Mal überqueren könnte, gelänge es ihm in einer Attosekunde noch nicht einmal, ein Wasserstoffatom zu umrunden. Ja, sogar Elektronen brauchen einige Dutzend Attosekunden, um in festen Körpern von einem Atom zum anderen zu "fließen" - die Attosekunden-Spektroskopie öffnet deshalb ein Fenster auf den Elektronentransport in Echtzeit, eine Perspektive, die so spektakulär ist, dass ihr das renommierte Wissenschaftsmagazin Nature jüngst eine Titelgeschichte widmete ("See how they run", Nature, October 25, 2007).

Dieser Nature-Artikel entstammt einer Arbeitsgruppe des Max-Planck-Institutes für Quantenoptik bei München, dessen langjähriger Direktor Theodor Hänsch mit seiner gemeinsam mit John Hall entwickelten Frequenzkammtechnik die Laserspektroskopie im Attosekundenbereich erst ermöglichte. Will man nämlich die (Wellen-) Längenverhältnisse innerhalb eines atomaren Spektrums über die Frequenz eines Lichtpulses messen, also über die Anzahl seiner Schwingungen pro Sekunde, dann muss man auch in der Lage sein, diese Schwingungen zu zählen. Das kann man direkt aber nicht tun - denn selbst die schnellsten elektronischen Zählwerke sind mit einigen Milliarden Hertz (Gigahertz) viel langsamer als zum Beispiel die Frequenz des grünen Lichtes mit 600.000 Gigahertz. Die von Hänsch und Hall entwickelte Frequenzkammtechnik erlaubt es aber, solche hohen Frequenzen messbar zu machen, indem man sie wie über ein Getriebe in eine millionenfach geringere "Drehzahl" zurückübersetzt. Diese nobelpreisgekrönte Technologie ist als Prototyp inzwischen sogar auf einem Mikrochip verfügbar, den Hänsch in Lindau vorstellen wird.

Die ultrapräzisen Messungen, die mit Hilfe der Frequenzkammtechnik möglich sind, dringen dicht an die Grenzen des Messbaren vor. Auch ultrapräzise Uhren scheinen in Reichweite zu sein. Dadurch könnten eines Tages eventuell sogar Naturkonstanten in Frage gestellt und deren Zeitabhängigkeit nachgewiesen werden. Dieses Thema diskutiert John Hall in Lindau unter dem Titel "The Optical Frequency Comb - a Really Versatile Tool" - ein Problem, dessen Aktualität vielen der angereisten Nachwuchswissenschaftler aus ihrer eigenen Forschung deutlich bewusst ist.

Links:
http://www.nobelprize.org
http://www.weltderphysik.de
http://www.aip.org
http://www.attoworld.de

Diese Pressemitteilung ist - angereichert mit weiteren Details - auf www.lindau-nobel.de abrufbar (Communications/Press Releases).

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Die jährlichen Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau werden ausgerichtet vom Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau unter der Präsidentschaft von Gräfin Sonja Bernadotte (Insel Mainau). Die Stiftung Lindauer Nobelpreisträgertreffen am Bodensee, deren Stifterversammlung mehr als 185 Nobelpreisträger angehören, unterstützt die Tagungen. Die naturwissenschaftlichen Tagungen der Nobelpreisträger der Chemie, Physiologie oder Medizin und der Physik finden seit 1951 statt. Seit 2004 treffen sich am Bodensee zudem alle zwei Jahre die Träger des Wirtschaftswissenschaftlichen Preises der Schwedischen Reichsbank in Gedenken an Alfred Nobel.


Lindauer Tagungen der Nobelpreisträger
Kommunikation und Organisation
Christian Rapp, Tel. 08382 - 277 3115
christian.rapp@lindau-nobel.de

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