Ein Forschungsteam der University of Central Florida (UCF) hat den bislang kürzesten Laserpuls der Welt erzeugt und dadurch Wissenschaftlern vielleicht ein neues Werkzeug gegeben, um die Quantenmechanik in Aktion zu beobachten – Etwas, das bis jetzt vor unseren Blicken versteckt war.
Professor Zenghu Chang vom Department of Physics und dem College of Optics and Photonics an der UCF leitete die Bemühungen, die einen 67 Attosekunden langen Puls mit extrem ultravioletten Licht erzeugten. Die Ergebnisse seiner Forschung wurden vorab online im Journal Optics Letters veröffentlicht.
Eine Attosekunde ist eine sehr kurze Zeitspanne: Ein Trillionstel einer Sekunde. Mit anderen Worten: Für eine Sekunde würde man 15 Millionen Milliarden Pulse mit der Dauer des von Changs Team erreichten Pulses benötigen. Die Leistung ist sogar noch bemerkenswerter, weil das Team sie ohne den Gebrauch von spezieller Ausstattung vollbrachte, beispielsweise einen kilometerlangen Teilchenbeschleuniger oder ein Synchrotron von der Größe des Superdomes.
„Dr. Changs Erfolg bei der Realisierung sogar noch kürzerer Lichtpulse hilft bei der Öffnung einer Tür zu einer bislang verborgenen Welt, in der wir sehen können, wie sich Elektronen in Atomen und Molekülen bewegen, und in der wir chemische Reaktionen verfolgen können, während sie stattfinden“, sagte Michael Johnson, Physiker und der Dekan des College of Science. „Es ist verblüffend sich vorzustellen, dass wir jetzt in der Lage sein könnten, Quantenmechanik in Aktion zu beobachten.“ Quantenmechanik ist die Untersuchung physikalischer Vorgänge auf mikroskopischer Ebene und beschäftigt sich insbesondere mit Energie und Materie in diesem kleinen Maßstab.
Es gibt viel Aufregung über die Leistung und die Hilfe, die Changs Arbeit für das Verständnis der Wissenschaftler verspricht, wie die kleinsten Bausteine tatsächlich funktionieren. Die Technik könnte Wissenschaftler dazu anleiten zu verstehen, wie Energie nutzbar gemacht werden kann, um Daten zu transportieren, Krebstherapien durchzuführen oder Krankheiten zu diagnostizieren. Das Ergebnis markiert den ersten entscheidenden Durchbruch auf dem Gebiet der Laserpulse seit vier Jahren.
Im Jahr 2001 wurden Attosekunden-Pulse erstmals demonstriert. Seitdem haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt versucht, sogar noch kürzere Pulsdauern zu erreichen, weil sie die Tür zum Verständnis der subatomaren Welt aufstoßen könnten. Der bisherige Rekord eines 80 Attosekunden dauernden Pulses wurde im Jahr 2008 am Max Planck Institut in Garching (Deutschland) erzielt. Dies ist das erste Mal, dass ein Team unter US-amerikanischer Führung den Rekord gesetzt hat.
„Die Bemühungen zum Erzeugen immer kürzerer Lichtpulse gehen seit der Erfindung des Lasers vor mehr als fünf Jahrzehnten voran“, sagte Bahaa Saleh, Dekan des CREOL, dem College of Optics and Photonics. „Dr. Changs jüngster Fortschritt bringt die UCF an die Spitze dieses olympischen Rennens und öffnet neue Grenzen für die Beobachtung und Aufzeichnung ultraschneller, dynamischer, atomarer Phänomene.“ Changs Team vollbrachte die Arbeit im Florida Atto Science and Technology Laboratory (FAST) im Physical Sciences Gebäude an der UCF.
Die Verwendung der beispiellosen Kraft des Laserlichts ermöglicht Chang und seinen Kollegen, ihre hochkomplexe Arbeit auf viel kleinerem Raum durchzuführen. Changs Gruppe erschuf eine Technik namens Double Optical Grating, die es erlaubt, extrem ultraviolettes Licht auf eine Weise zu unterbrechen, die die maximale Energiemenge in dem kürzesten möglichen Lichtpuls konzentriert. Mit der Neigung zu Akronymen, die von vielen Laser-Physikern geteilt wird, nannte Chang die Technik „DOG“. Zusätzlich zur Erzeugung des Lichtpulses entwickelte er eine noch schnellere Kamera, um ihn zu messen, das Phase Retrieval by Omega Oscillation Filtering (PROOF).
Die Multidisciplinary University Research Initiative des US-Verteidigungsministeriums und die National Science Foundation halfen bei der Finanzierung der Forschungsarbeit. Kun Zhao, Qi Zhang, Michael Chini, Yi Wu und Xiaowei Wang von der UCF trugen ebenfalls zu der Leistung des Teams bei.
Quelle: http://today.ucf.edu/ucf-researchers-record-world-record-laser-pulse/
(THK)
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