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Physiknobelpreis 2018 geht an drei Laserforscher „Traktorstrahlen“ und „Zirpende“ Laser verdienen Nobelpreis

| Autor: Christian Lüttmann

Physiker scheinen mit ihrer Forschung fernab von unserem Alltag zu arbeiten. Doch ihre Entdeckungen können unser Leben erheblich verbessern. So ermöglichen die Lasertechnologien der drei Physik-Nobelpreisträger dieses Jahres die Behandlung von Kurzsichtigkeit und andere Präzisionsoperationen.

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Der Physik-Nobelpreis 2018 geht an drei Forschende der Lasertechnologie, darunter eine Frau (Symbolbild).
Der Physik-Nobelpreis 2018 geht an drei Forschende der Lasertechnologie, darunter eine Frau (Symbolbild).
(Bild: National Cancer Institute)

Stockholm – Kein Novum, aber eine Seltenheit: Unter den diesjährigen Nobelpreisträgern der Kategorie Physik ist auch eine Physikerin. Damit ist Dr. Donna Strickland erst die dritte Frau, die in diesem Fachgebiet ausgezeichnet wird, nach Marie Curie im Jahr 1903 und Maria Goeppert-Mayer 1963. Sie teilt sich die Auszeichnung mit ihrem Doktorvater Dr. Gérard Mourou sowie mit Dr. Arthur Ashkin.

Der Grund für Stricklands Ehrung ist eine Technologie, die sie bereits 1985 zusammen mit Mourou in ihrer Doktorarbeit entwickelte: Extrem kurze Laserpulse. Warum diese Technik so bedeutsam ist, wird jährlich tausendfach demonstriert. Denn sie hat den Einsatz von Laseroperationen zur Korrektur von Kurzsichtigkeit salonfähig gemacht. Mit einer Pulsweite von gerade einmal zwei Pikosekunden sind die Lichtpakete so klein, dass sie viel weniger Schaden im Umfeld ihres Einschlags anrichten als die zuvor verwendeten 300-Pikosekunden-Pulse. Zur Veranschaulichung: Zwei Pikosekunden sind so kurz, dass das Licht vom Anfang des Pulses gerade einmal einen halben Millimeter weit gekommen ist, wenn das Ende des Pulses die Strahlenquelle verlässt.

Zirpen schont das Lasermedium

Die Technik zur Erzeugung dieser extrem kurzen Laserpulse wird Chirped Pulse Amplification (CPA) genannt, was so viel bedeutet wie zwitschernde oder zirpende Pulsverstärkung. War die Verkürzung von Laserpulsen bei gleichzeitiger Verstärkung ihrer Intensität zuvor problematisch, da sie das verstärkende Lasermedium schädigte, stellt die CPA einen Ausweg für dieses Problem dar. Hier wird ein Puls zunächst in der zeitlichen Dimension aufgeweitet, dann im Lasermedium verstärkt und abschließend wieder komprimiert, was dann in einer extremen Intensitätssteigerung resultiert. Das Lasermedium wird dabei geschont, weil die hauptsächliche Intensitätssteigerung nicht im Lasermedium selbst, sondern erst danach beim Komprimieren des Pulses erfolgt.

Mittlerweile sind Weiterentwicklungen in der Anwendung, deren Pulsdauer nur noch wenige Attosekunden beträgt, also noch eine Millionen Mal kürzer als die ursprünglichen Pikosekundenpulse von Strickland und Mourou. Die beiden teilen sich für ihre richtungsweisende Technologie die eine Hälfte des Preisgeldes für den Physik-Nobelpreis 2018.

Traktorstrahl für Moleküle

Die andere Hälfte des Preisgeldes erhält Dr. Arthur Ashkin, ebenfalls für eine bahnbrechende Entwicklung auf dem Gebiet der Lasertechnologie. Er habe einen „alten Traum der Science Fiction wahrgemacht – den Strahlungsdruck des Lichts zu nutzen, um Objekte zu bewegen“, heißt es von Seiten des Nobel-Komitees. Tatsächlich weist Ashkins Technik Parallelen zu den aus Star Trek bekannten Traktorstrahlen auf. Er nutzt Laserstrahlen, um winzige Objekte zu greifen und festzuhalten. Mit Ashkins optischen Pinzetten ist es möglich, einzelne Bakterien oder gar Moleküle zu packen und zu bewegen.

Mittlerweile können Biologen diese Technologie sogar nutzen, um ins Innere von Zellen hineinzugreifen, ohne die Membran zu beschädigen. So lassen sich zum Beispiel Proteine in ihrer natürlichen Umgebung untersuchen. In Zukunft sind zahlreiche weitere Anwendungen denkbar, sind die Laser-Pinzetten doch vielseitig einsetzbar wie ein Schweizer Taschenmesser.

Die Ehrung hat Ashkin übrigens zum bis dato ältesten Nobelpreisträger gemacht. Obwohl er schon in den 1960ern begann, an dem Thema zu forschen, erhielt er erst jetzt mit 96 Jahren die Auszeichnung.

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Über den Autor

 Christian Lüttmann

Christian Lüttmann

Volontär, Vogel Communications Group GmbH & Co. KG