Kürzester Lichtblitz aller Zeiten in Garching erzeugt

Nur 80 Attosekunden dauerte der Lichtblitz - eine trillionstel Sekunde, siebzehn Nullen hinter dem Komma vor der Acht.

Attosekundenpuls im Labor
Attosekundenpuls im Labor

Garching - Kurz aufgestrahlt und doch gemessen: Der schnellste Lichtblitz der Welt, in einem Labor bei München erschaffen, ist für das Auge zu schnell, doch für Naturwissenschaftler vielversprechend. Nur 80 Attosekunden dauerte der Lichtblitz - eine trillionstel Sekunde, siebzehn Nullen hinter dem Komma vor der Acht. Der bisherige Rekord aus dem Vorjahr hatte bei 130 Attosekunden gelegen. Die Max-Planck-Forscher fanden nicht nur einen Weg, den Lichtblitz indirekt aus Laserpulsen zu erzeugen; sie mussten auch die passende Messmethode erst noch entwickeln. Praktische Anwendung könnten solch ultrakurze Blitze in der Erforschung der Welt von Atomen und Molekülen finden. Mit ihrer Hilfe könnte sich die Bewegung von Elektronen um Atomkerne "fotografieren" lassen und so das Verständnis der gesamten naturwissenschaftlichen Forschung verbessern. Bei weiterer Verkürzung des Lichtblitzes könne man sogar der atomaren Einheit der Zeit - etwa 24 Attosekunden - nahe kommen, schreiben die Forscher im Fachblatt "Science".

"Diese Werkzeuge ermöglichen die Untersuchung der Präzisionskontrolle elektronischer Bewegung [...] mit einer Auflösung, die der atomaren Einheit der Zeit nahe kommt", so das Team um Eleftherios Goulielmakis vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching und Ulf Kleineberg von der dortigen Ludwig-Maximilians-Universität. Gemeinsam mit weiteren Kollegen vom Zentrum für Röntgenoptik am kalifornischen Lawrence Berkeley National Laboratory hatte ihr Team sehr kurze Laserpulse in eine Neongaswolke geschossen. Das elektrische Feld dieser Pulse, von 0,72 Mikron und nur 3,3 Femtosekunden (millionstel milliardstel Sekunden) lang, ionisierte einzelne Neonatome. Diese Atome setzten die Energie beim Rekombinieren dann ihrerseits in den ultrakurzen Pulsen extrem ultravioletten Lichts wieder frei.

Um die Dauer der zweiten Blitze zu messen, lenkte das Team sie in eine zweite Neongaswolke. Dort reichte ihre Energiemenge von rund 0,5 Nanojoule aus, ihrerseits Neonatome zu ionisieren und Elektronen freizusetzen. Diese Elektronen nutzten die Forscher dann wie eine Art Blitzkanone, um einige der ursprünglichen 2,5 Femtosekunden langen Laserpulse sichtbar zu machen - was nur gelingt, wenn die "Beleuchtungspulse" deutlich kürzer sind als die Laserpulse selbst. Auf diesem Weg ließ sich indirekt die Dauer der ultravioletten Ultrakurzblitze messen: Die Energie der Elektronen, die die Laserpulse kreuzten, ließ sich in einem tatsächlichen Bild darstellen, das deutlich die einzelne Schwingung des Pulses zeigt. Daraus berechnet die Computeranalyse, dass die Ultrakurzblitze, die Elektronen aus den Neonatomen geschlagen hatten, nur 80 Attosekunden lang gewesen sein müssen.