Noch nie dagewesen: Neuer Laser erfasst Naturvorgänge im Quintillionstel einer Sekunde
Ein Team um den Assistenzprofessor Dr. Christian Brahms von der Heriot-Watt-Universität im schottischen Edinburgh erhält eine EU-Förderung über umgerechnet 2,3 Millionen Euro. Ziel der Förderung ist die Entwicklung einer neuen Lichtquelle für Attosekunden-Laserpulse. Damit sollen die Lücken einer mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Technologie geschlossen werden.
5 Jahre Zeit für den Bau einer neuen Lasertechnologie
Für die Aufgabe hat das Team fünf Jahre Zeit. Mit der neuen Lichtquelle für extrem schnelle Laserpulse soll es möglich werden, die schnellsten Prozesse der Natur in Echtzeit mit einer Geschwindigkeit von einer Attosekunde zu erfassen.
Eine Attosekunde entspricht einem Billionstel einer Sekunde. Diese unglaublich kleine Zeiteinheit wird hauptsächlich in der Physik, insbesondere in der Quantenmechanik und der Laserspektroskopie, verwendet, um extrem schnelle Phänomene, wie das Verhalten von Elektronen, zu messen.
Die Nutzung einer Technologie, die Attosekunden-Laserpulse erzeugen kann, könnte es uns ermöglichen, einige der schnellsten Prozesse in der Natur zu sehen, wie z. B. die Art und Weise, wie Pflanzen Sonnenlicht absorbieren.
Nobelpreis-Arbeit bildet die Basis für Fortentwicklung
Die Basis für das Projekt stellt eine Arbeit von Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L’Huillier dar. Die Gruppe hatte 2023 den Nobelpreis für Physik erhalten. Allerdings offenbarte diese Arbeit auch einen entscheidenden Mangel ihrer Attosekunden-Technologie. Sie kann nicht alles sehen.
Ebendieser Mangel ist die Zielrichtung der neuen Forschung, wie Dr. Christian Brahms gegenüber Scitechdaily erläutert: „Genau daran werden wir arbeiten – weit über die Grenzen herkömmlicher Laserquellen hinausgehen, um die Grundlagenforschung in den Fokus zu rücken.“
Dr. Brahms ergänzt, dass viele der wichtigsten Durchbrüche in der Geschichte der Wissenschaft „durch die Beobachtung der Natur in Größenordnungen weit über die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung hinaus ermöglicht“ worden seien.
Nachteil: Nobelpreis-Technologie arbeitet mit Labor-Wellenlängen
Brahms’ Idee besteht darin, eine neue Art von Laserlicht zu erzeugen, das das natürliche Sonnenlicht nachahmt, jedoch in extrem kurzen Blitzen. Der Mangel am Nobelpreis-Projekt ist, dass die dort vorgestellte Technologie zwar auch extrem kurze Lichtimpulse erzeugen kann – aber nur im ultravioletten oder Röntgenbereich.
Das sei eine deutliche Begrenzung, so Dr. Brahms. Zwar könne man so „Standbilder von einigen der schnellsten mikroskopischen Prozesse in Molekülen und Materialien“ machen. Allerdings wäre in der Natur „Sonnenlicht und nicht die in Laborexperimenten verwendeten Wellenlängen“ beteiligt.
Das Ziel des Teams sei es daher „Laserpulse mit einer ähnlich extrem kurzen Dauer wie bei herkömmlichen Attosekundenquellen zu erzeugen, aber mit den gleichen ultravioletten und sichtbaren Wellenlängen, die wir von der Sonne erhalten“. So könnte dann wirklich alles gesehen werden. Zudem werde „unser Wissen über ultraschnelle Prozesse direkt mit anderen Bereichen wie der Fotochemie oder den Materialwissenschaften in Verbindung gebracht“.
EU fördert Spitzenforschung
Mit insgesamt sechs Wissenschaftler:innen will Dr. Brahms an die Entwicklung und den Bau der Prototypen gehen. Sein Projekt gehört zu 50 anderen im Vereinigten Königreich, die in diesem Jahr den Starting Grant des europäischen Forschungsrats erhalten. Der will Spitzenforschung in einer Vielzahl von Bereichen unterstützen.
Dr. Brahms freut sich darüber, sein Projekt gefördert zu erhalten und weist darauf hin, dass die Erfolgsquote bei der Bewerbung um die EU-Fördergelder bei nur 14 Prozent lag. Damit gehöre sein Vorschlag „offiziell zu den dynamischsten und spannendsten Forschungsprojekten in Europa“.
