Schnappschüsse von Elektronen

Erzeugung und Nachweis isolierter einzelner ultrakurzer Röntgenstrahlungs- und Elektronenpulse erstmals gelungen

26.02.2004

Wie die renommierte englisch-amerikanische Zeitschrift Nature in ihrer neuesten Ausgabe am 26. Februar 2004 berichtet, gelang einem Team Bielefelder und Wiener Experimentalphysiker in einem von der VolkswagenStiftung mitfinanzierten Projekt erstmals sowohl die Erzeugung als auch der Nachweis isolierter einzelner ultrakurzer Röntgenstrahlungs- und Elektronenpulse, die nur 250 Attosekunden lang sind. Dieser Zeitraum entspricht etwa der Umlaufdauer eines Elektrons um den Atomkern. Damit konnten zum ersten Mal das Wechselspiel des ausgelösten Elektrons mit einer einzigen, nur 2000 Attosekunden dauernden Schwingung sichtbaren Lichts und dessen Bewegung zeitaufgelöst sichtbar gemacht werden (Chronoskopie im Attosekundenbereich).

"Attosekundenbereich" - oder eben "10 hoch minus 18 Sekunden": Verglichen mit dieser ultrakurzen Zeitspanne dauert der berüchtigte Wimpernschlag geradezu eine Ewigkeit. Was aber lässt sich in dieser Dimension erforschen? Wie eingangs beschrieben, wollen die Forscher die Dynamik der Elektronenbewegung in atomaren und molekularen Systemen zeitaufgelöst verfolgen. Ähnlich wie vor 125 Jahren Eadweard J. Muybridge über die sequenzielle Auslösung von Kameras die alte Frage beantworten konnte, ob ein Pferd im Galopp jemals alle Hufe vom Boden hebt, erwarten die beteiligten Wissenschaftler mit den ultrakurzen Lichtpulsen Schnappschüsse der Elektronenbewegung aufnehmen zu können und damit offene Fragen zu erforschen.

Väter des jetzt gemeldeten Erfolgs sind Professor Dr. Ulrich Heinzmann vom Lehrstuhl für Molekül- und Oberflächenphysik der Universität Bielefeld und Professor Dr. Ferenc Krausz, Institut für Photonik der Technischen Universität Wien und zugleich Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München; auf Bielefelder Seite des Weiteren Dr. Markus Drescher und Dr. Ulf Kleineberg. Die Stiftung fördert das Vorhaben seit Mitte 2003 mit 571.000 Euro und unterstützt damit ein Gebiet, das noch neu und wenig erforscht, zugleich aus technischer Sicht mit einer Fülle von Herausforderungen gespickt ist. Weltweit gibt es nur eine Hand voll Gruppen, die sich in diesem Feld bewegen. Die Wiener und Bielefelder Wissenschaftler selbst waren es, die in jüngster Zeit entsprechende Pionierarbeit geleistet haben: Bereits 2001 und 2002 wurden erste Arbeiten in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht (vgl. Science 297 vom 16. August 2002 und Nature 419 vom 24. Oktober 2002).

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