Schnellste Stoppuhr der Welt entwickelt

Wien (pte/26.02.2004/08:05) - Forschern der Technischen Universität Wien http://www.tuwien.ac.at/, des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik http://www.mpq.mpg.de/ und der Universität Bielefeld http://www.uni-bielefeld.de/ ist erstmals die Entwicklung einer ultraschnellen "Stoppuhr" gelungen. Mit ihr sind atomare Vorgänge mit einer Genauigkeit von weniger als 100 Attosekunden messbar. Dieses neue Verfahren ermöglicht erstmals die Beobachtung von schnellsten Vorgängen in der Elektronenhülle von Atomen.

Das elektromagnetische Feld von sichtbarem Licht wechselt seine Richtung etwa eine Billiarde Mal pro Sekunde. Danach ändert sich die Feldstärke des Lichts von Null auf Maximum, schneller als eine Femtosekunde. Durch die präzise Steuerung dieser hyperschnellen Schwingungen in einem kurzen Laserpuls gelang es den Forschern den neuen Messapparat zu entwickeln.

Ein 250-Attosekunden Röntgenpuls startet dabei den zu messenden atomaren Prozess und zugleich die Attosekunden-Stoppuhr. Dadurch kann der zeitliche Verlauf von Vorgängen innerhalb der Elektronenhülle von Atomen mit einer Auflösung von etwa 100 Attosekunden gemessen werden. Eine Attosekunde ist der Milliardste Teil einer Milliardstel Sekunde oder 0,000 000 000 000 000 001 Sekunden.

Innerhalb der Elektronenhülle angeregter Atome sausen Elektronen unvorstellbar schnell. Sie wechseln dabei, mit etwa 10 und 100 Attosekunden, aus einem Energiezustand in einen anderen. Dabei fliegen Atome, die ursprünglich in einem Molekül gebunden waren, auseinander oder senden ultraviolette oder Röntgen-Strahlung aus. Diese Vorgänge sind von grundlegender Bedeutung für die Kontrolle chemischer Reaktionen und für die Synthese neuer Materialien. Sie könnten sogar für die Konstruktion eines handlichen Röntgenlasers eingesetzt werden.

Laut dem Forscherteam ist durch das neue Verfahren die Beobachtung der Bewegungen von Elektronen in greifbare Nähe gerückt. Erstmals besteht die Chance, auf Fragen zu einer wirksamen, kollektiven Röntgenemission aus Atomen (Röntgenlaser) oder zur Entstehung chemischer Bindungen experimentelle Antworten zu liefern. "Wir erforschen dieses Gebiet, damit wir in Zukunft die Vorgänge, Prozesse und Funktionsweisen verschiedener Materialien verstehen lernen und diese Erkenntnisse auf die Entwicklung neuer Vorgänge und Materialien anwenden können", erklärt TU-Professor Ferenc Krausz. (Ende)

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