 |
|
|
|
|
|
 |
 |
Neues aus der Welt der Wissenschaft |
|
|
|
|
|
|
Erste direkte Beobachtung von Elektronen |
|
| | | Der Wiener Physiker und Wittgenstein-Preisträger Ferenc Krausz zählt zu den führenden Köpfen der Teilchenforschung. Erstmals gelang es ihm nun mit Hilfe ultrakurzer Laserblitze das Verhalten von Elektronen in der Atomhülle direkt zu beobachten und zu "fotografieren". Die Fachzeitschrift "Nature" spricht gar von der Entdeckung eines neuen Forschungsbereichs - der "Attophysik". |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Über die erfolgreichen Experimente des Wissenschafters vom Institut für Photonik der Technischen Universität (TU) Wien im Atto-Sekundenbereich berichtet die jüngste Ausgabe des britischen Wissenschaftsmagazins.
|
|
Die Studie von Ferenc Kraus von der TU Wien und Markus Drescher von der Universität Bielefeld ist unter dem Titel "Time-resolved atomic inner-shell spectroscopy" in der aktuellen Ausgabe von Nature erschienen (Bd. 419, S. 803-807). |
|
|
 Die Studie in "Nature" |
|
|
|
|
|
|
Je kürzer der Blitz, desto höher die Auflösung |
|
| |
Krausz und sein Team aus Österreich und Deutschland verwenden ihre ultrakurzen Blitze als eine Art "Zeitmikroskop". Wie mit einem Stroboskop oder einer Hochgeschwindigkeitskamera die Bewegung eines Geschoßes "eingefroren" werden kann, zerlegen die Wissenschaftler mit ihren Pulsen Vorgänge in der Mikrowelt der Atome und Moleküle und machen sie sichtbar.
Grundsätzlich gilt: Je kürzer der Blitz, desto höher die Auflösung. Für ihre Untersuchung benutzten die Forscher nur 900 Attosekunden kurze Pulse.
|
|
Femto und Atto-Sekunden
Die Physiker um Krausz sind mit ihrer Technologie international führend, bereits im Vorjahr wurde die weltweit erstmalige Erzeugung von Pulsen unter einer Femto-Sekunde publiziert. Wie kurz diese Blitze sind, verdeutlicht ein Vergleich: Eine Femto-Sekunde verhält sich im Vergleich zu einer Sekunde in etwa so wie fünf Minuten im Vergleich zum Alter des Universums. Eine Femto-Sekunde sind 1.000 Atto-Sekunden. (Atto: dän./norw. atten = "achtzehn", Faktor 10 hoch minus 18). |
|
|
Mehr dazu in: Ein Blick in das Innere der Atome |
|
|
|
|
|
|
Röntgenpuls schlägt Elektron aus Atomschale |
|
| |
Nun berichten die Forscher in "Nature" über erste praktische Anwendungen ihrer ultrakurzen Pulse. Wie Krausz und sein Team ausführen, standen bei den Versuchen Atome des Edelgases Krypton im Mittelpunkt.
Durch einen ersten Röntgenpuls von der Dauer unter einer Femtosekunde wurde aus den inneren Schalen des Atoms ein Elektron herausgeschlagen. Ehe ein Elektron aus einer äußeren Schale nachrücken und die dabei frei werdende Energie an ein weiteres Elektron abgeben konnte, entstand kurzfristig ein "Loch".
|
|
|
|
|
|
Momentbilder des Vorgangs |
|
| |
Die Dauer dieses Lochs - also wie lange es dauert, bis ein Elektron nachrückt - war die Frage, welche die Wissenschaftler besonders interessierte. Dazu sendeten sie kurz nach dem ersten Röntgenpuls einen zweiten, etwas längeren Blitz sichtbaren Lichts, mit dem Momentbilder über den Vorgang aufgenommen wurden.
|
|
|
|
|
|
Für Entwicklung eines Röntgenlasers |
|
| |
Die nun geglückte Klärung der Frage ist nicht nur für Grundlagenwissenschaftler von Interesse. Auch für die weltweit angestrebte Verwirklichung eines so genannten Röntgenlasers sind genaue Kenntnisse von den Vorgängen in den innersten Elektronenhüllen von entscheidender Bedeutung.
Röntgenlaser sind ein heute noch im Entwicklungsstadium Lasertyp, deren Emissionsfrequenzen im Röntgenspektrum liegen. Er soll eine kohärente Strahlung im XUV- und Röntgenbereich liefern.
|
|
Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) sind Geräte zur Erzeugung bzw. Verstärkung paralleler, kohärenter Lichtwellen im ultravioletten, sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich. Man erhält monochromatisches Licht sehr hoher Energiedichte bzw. extrem kurze Lichtimpulse. Man unterscheidet Gas-, Feststoff-, Halbleiter-, chemische und Farbstofflaser; letztere sind in einem weiten Wellenlängenbereich durchstimmbar. Laserstrahlung findet vielfältige Anwendung z. B. in Analytik und Spektroskopie. |
|
|
Was ist ein Laser? |
|
|
|
|
|
|
Atomare Fotografie |
|
| |
Der US-Physiker Louis F. DiMauro vom Brookhaven National Laboratory schreibt in einem Begleitartikel der gleichen "Nature"-Ausgabe (S. 789), dass sich die Forscher mit ihrer Arbeit auf einem neuen Forschungsgebiet bewegen - der Attophysik.
Dank des von ihnen eingesetzten ultrakurzen Laser-Pulses sei es erstmals möglich, atomare Vorgänge zu verfolgen, die nur Attosekunden dauerten. Dies komme der Möglichkeit einer "atomaren Fotografie" gleich, so DiMauro.
|
|
|
01.01.2010 |
