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Nobelpreis für Physik 2018 bekannt gegeben

Würdigung der Forschung in der Laserphysik

02.10.2018

SD-Pictures; pixabay.com; CC0

Laser, Symbolbild

Die Forscher Arthur Ashkin sowie Gérard Mourou und Donna Strickland wurden heute als diesjährige Preisträger des Nobelpreises für Physik bekannt gegeben. Ihre Leistungen auf dem Gebiet der Laserphysik war bahnbrechend und die Würdigung des Nobelpreiskomitees wert.

Die Entdeckung der optischen Pinzette und die Anwendung dieses Werkzeugs in biologischen Systemen ist das Feld, auf dem Arthur Ashkin einen großen Schritt nach vorne gemacht hat. Dies ermöglicht es, kleine Organismen zu kontrollieren und zu manipulieren. Das Feld Gérard Mourou und Donna Strickland entstanden, das ultrakurze optische Impulse von hoher Intensität erzeugt. Dies hat Anwendungsmöglichkeiten in der Analyse, der Augenchirurgie und anderen Bereichen, in denen kurze Laserpulse unerlässlich sind.

Hintergrund

Der allererste Artikel, der das Prinzip für einen Infrarot- oder optischen Maser beschreibt, kam vor fast genau 60 Jahren zur Physical Review und wurde von Arthur L. Schawlow und Charles H. Townes verfasst, damals bei den Bell Telephone Laboratories in New Jersey. Es stellte eine Erweiterung der Maser-Technik auf den infraroten und optischen Bereich dar. Dieses Dokument lieferte den Entwurf für den Bau eines optischen Masers, und es war Theodor H. Maiman, der 1960 als erster eine kohärente stimulierte optische Emission nachwies. Der optische Maser wurde einem breiteren Publikum, das sich für Populärwissenschaft interessiert, bekannt, als Schawlow 1961 einen Artikel in Scientific American veröffentlichte.

Der Name "optischer Maser" wurde zunächst in der Fachliteratur und auch in Schawlows populärwissenschaftlichem Artikel verwendet. Der "optische Maser" war jedoch bereits durch den "Laser" (Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission) ersetzt worden, als die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften den Nobelpreis für Physik 1964 an Townes, Nicolay G. Basov und Aleksandr M. Prokhorov "für grundlegende Arbeiten auf dem Gebiet der Quantenelektronik vergab, die zur Konstruktion von Oszillatoren und Verstärkern nach dem Laser-Maser-Prinzip geführt haben".

Das Gebiet der Laserphysik und ihrer Anwendungen wuchs nach den ersten Entdeckungen rasant. Laserlicht hat einzigartige Eigenschaften wie Kohärenz, Direktionalität, Monochromatizität und Intensität, die sowohl in der Wissenschaft als auch im täglichen Leben sehr nützliche Eigenschaften sind. In den ersten Jahren des Lasers war der Wunsch nach einem Gerät, das Lichtwellen von gleicher Reinheit wie Radiowellen erzeugt. Die ersten Laser wurden in kurzen Bursts betrieben, aber es bestand Bedarf an einem kontinuierlichen Betrieb. Die Entwicklung von kontinuierlich arbeitenden, frequenzgenauen Lasern war Voraussetzung für die hochauflösende Laserspektroskopie, die mehrere Nobelpreise in Physik eingebracht hat.

Eine weitere wichtige Entwicklung in der Laserphysik war die Erzeugung kurzer Lichtimpulse, insbesondere dank der Erfindungen des Laser-Glättungsschalters und der Modusverriegelung, die es ermöglichten, eine sich wiederholende Folge von intensiven, kurzen Laserpulsen zu erzeugen. Zusammen mit der Entwicklung von Farbstofflasern eröffnete sich damit eine neue Richtung zu immer kürzeren optischen Impulsen. Der Zugang zu kurzen optischen Impulsen mit einer Dauer, die der Zeitskala für atomare Bewegungen in Molekülen entspricht, führte zu neuen Forschungsgebieten in der Chemie und der Möglichkeit, in Echtzeit Übergangszustände in chemischen Reaktionen zu untersuchen. Diese Durchbrüche wurden 1999 mit dem Nobelpreis für Chemie an Ahmed Zewail ausgezeichnet.

Der diesjährige Nobelpreis für Physik würdigt zwei Erfindungen der Laserphysik, die neue Grenzen erschlossen und wichtige Anwendungen zum Nutzen der Allgemeinheit geschaffen haben. Einer von ihnen verwendet kontinuierliche, monochromatische Laser, während der andere gepulste Laser betrifft.



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