Nobelpreis für Physik 2023 geht an Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L'Huillier
Ihre Erkenntnisse haben es ermöglicht, Prozesse zu untersuchen, die so schnell ablaufen, dass es vorher unmöglich war, sie zu verfolgen
Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat beschlossen, den Nobelpreis für Physik 2023 an Pierre Agostini (The Ohio State University, Columbus, USA), Ferenc Krausz (Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching und Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland) und Anne L'Huillier (Lund University, Schweden) "für experimentelle Methoden zur Erzeugung von Attosekunden-Lichtimpulsen für die Untersuchung der Elektronendynamik in Materie" zu verleihen.
© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Experimente mit Licht fangen die kürzesten Momente ein
Die drei Physik-Nobelpreisträger 2023 werden für ihre Experimente ausgezeichnet, die der Menschheit neue Instrumente zur Erforschung der Welt der Elektronen in Atomen und Molekülen geliefert haben. Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L'Huillier haben eine Methode zur Erzeugung extrem kurzer Lichtimpulse demonstriert, mit denen sich die schnellen Prozesse messen lassen, bei denen sich Elektronen bewegen oder ihre Energie verändern.
Schnelllebige Ereignisse gehen in der Wahrnehmung des Menschen ineinander über, so wie ein Film, der aus Standbildern besteht, als kontinuierliche Bewegung wahrgenommen wird. Wenn wir wirklich kurze Ereignisse untersuchen wollen, brauchen wir eine spezielle Technologie. In der Welt der Elektronen finden Veränderungen in wenigen Zehntel Attosekunden statt - eine Attosekunde ist so kurz, dass es in einer Sekunde so viele davon gibt, wie es Sekunden seit der Entstehung des Universums gibt.
Die Experimente der Preisträger haben Lichtpulse erzeugt, die so kurz sind, dass sie in Attosekunden gemessen werden, und damit gezeigt, dass diese Pulse verwendet werden können, um Bilder von Vorgängen im Inneren von Atomen und Molekülen zu liefern.
1987 entdeckte Anne L'Huillier, dass viele verschiedene Obertöne des Lichts entstehen, wenn sie infrarotes Laserlicht durch ein Edelgas schickt. Jeder Oberton ist eine Lichtwelle mit einer bestimmten Anzahl von Zyklen für jeden Zyklus des Laserlichts. Sie werden durch die Wechselwirkung des Laserlichts mit den Atomen des Gases verursacht, das einigen Elektronen zusätzliche Energie verleiht, die dann als Licht ausgestrahlt wird. Anne L'Huillier hat dieses Phänomen weiter erforscht und damit den Grundstein für spätere Durchbrüche gelegt.
Im Jahr 2001 gelang es Pierre Agostini, eine Reihe von aufeinander folgenden Lichtimpulsen zu erzeugen und zu untersuchen, wobei jeder Impuls nur 250 Attosekunden dauerte. Zur gleichen Zeit arbeitete Ferenc Krausz an einer anderen Art von Experiment, das es ermöglichte, einen einzigen Lichtpuls mit einer Dauer von 650 Attosekunden zu isolieren.
Die Beiträge der Preisträger haben die Untersuchung von Prozessen ermöglicht, die so schnell ablaufen, dass sie bisher nicht nachvollziehbar waren.
"Wir können jetzt die Tür zur Welt der Elektronen öffnen. Die Attosekundenphysik gibt uns die Möglichkeit, Mechanismen zu verstehen, die von Elektronen gesteuert werden. Der nächste Schritt wird sein, sie zu nutzen", sagt Eva Olsson, Vorsitzende des Nobelkomitees für Physik.
Es gibt potenzielle Anwendungen in vielen verschiedenen Bereichen. In der Elektronik zum Beispiel ist es wichtig zu verstehen und zu kontrollieren, wie sich Elektronen in einem Material verhalten. Attosekundenpulse können auch dazu verwendet werden, verschiedene Moleküle zu identifizieren, etwa in der medizinischen Diagnostik.
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