KA111
20.01.2002, 08:42
Hamburger Laser bricht den Weltrekord
Wenn Elektronen ins Schlingern kommen, richten sie mitunter seltsame Dinge an. Ein jetzt in Hamburg getesteter, auf einer neuen Technik aufbauender Laser stellt alle Lichtquellen seiner Liga in den Schatten.
Den "Durchbruch auf dem Weg zum Röntgenlaser" kann das Deutsche Elektronen-Synchrotron (Desy) vermelden. Dem Hamburger Forschungsinstitut ist es nach eigenen Angaben gelungen, einen so genannten Freie-Elektronen-Laser (FEL) bis an seine physikalischen Grenzen auszureizen.
Dabei habe sich das Gerät, das auf der gegenseitigen Verstärkung von schlingernden Elektronen und Lichtblitzen beruht, genau so verhalten wie theoretisch vorhergesagt. Der Elektronenlaser erreichte eine Verstärkung von zehn Millionen - den Hamburger Forschern zufolge ein "neuer Weltrekord". Verglichen mit den besten bisherigen Lichtquellen in diesem Frequenzbereich verfüge der neue Laser, so seine Erbauer, über eine tausendfach höhere Spitzenleuchtstärke.
Die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichts liegt dabei zwischen 80 und 180 Nanometern, also knapp unterhalb des sichtbaren Spektrums im Bereich des ultravioletten Lichtes. Die maximale Lichtverstärkung (Physiker sprechen von Sättigung) gelang bei exakt 98 Nanometern, den kürzesten Wellenlängen, die jemals ein Freie-Elektronen-Laser erreicht hat. Zuvor war es US-Forschern bereits gelungen, das Phänomen im sichtbaren Bereich des Lichtes zu ergründen.
Die jetzt erfolgreich ausgereizte Anlage stellt allerdings nur einen Testballon für ein viel ehrgeizigeres Vorhaben dar. Mit dem Projekt "Tesla" planen die Desy-Forscher, einen 33 Kilometer langen linearer Beschleuniger für immense Energien in der Hamburger Erde zu vergraben.
Mit Hilfe supraleitender Spulen beschleunigt sollen darin Elektronen mit ihren Antiteilchen, den Positronen, kollidieren. Gleichzeitig wird der Tesla-Röntgenlaser, sollte er denn in der jetzt geplanten Version realisiert werden, als Quelle für intensive und extrem kurze Röntgenblitze mit Lasereigenschaften dienen.
Das Prinzip zumindest, das haben die Forscher jetzt gezeigt, funktioniert: Um das besonders intensive Laserlicht zu erzeugen, werden Elektronen zunächst in einem supraleitenden Teilchenbeschleuniger auf hohe Energien gebracht. Anschließend fliegen sie in einem Slalomkurs durch eine besondere Magnetanordnung, die die Elektronen zur Emission laserartig gebündelter Strahlung anregt.
Damit nicht genug: Um einen Laser-Effekt zu erzielen, muss die von den Elektronen ausgesandte Strahlung zudem in einem so genannten Resonator verstärkt werden. Beim FEL bedienen sich die Forscher dabei eines Tricks: Auf ihrem Weg durch die 15 Meter lange Magnetstruktur beeinflussen sich Elektronen und Strahlungsblitze gegenseitig - und zwar so, dass die zu Päckchen gebündelten Elektronen immer dichter zusammengedrängt werden. Derart unter Druck strahlen die Elektronen noch stärker bis sie schließlich alle im Gleichtakt schwingen. Durch die "selbstverstärkte spontane Emission" entstehen extrem starke Laserblitze.
In etwa einem Jahr soll die derzeitige Testanlage zu einem 300 Meter langen FEL ausgebaut werden - dann sind rein theoretisch Wellenlängen bis hinunter zu sechs Nanometern möglich. Von Studien im Bereich dieser so genannten weichen Röntgenstrahlung versprechen sich nicht nur Physiker, sondern auch Biologen, Mediziner oder Materialforscher, neue Perspektiven für ihre Forscher.
Wenn Elektronen ins Schlingern kommen, richten sie mitunter seltsame Dinge an. Ein jetzt in Hamburg getesteter, auf einer neuen Technik aufbauender Laser stellt alle Lichtquellen seiner Liga in den Schatten.
Den "Durchbruch auf dem Weg zum Röntgenlaser" kann das Deutsche Elektronen-Synchrotron (Desy) vermelden. Dem Hamburger Forschungsinstitut ist es nach eigenen Angaben gelungen, einen so genannten Freie-Elektronen-Laser (FEL) bis an seine physikalischen Grenzen auszureizen.
Dabei habe sich das Gerät, das auf der gegenseitigen Verstärkung von schlingernden Elektronen und Lichtblitzen beruht, genau so verhalten wie theoretisch vorhergesagt. Der Elektronenlaser erreichte eine Verstärkung von zehn Millionen - den Hamburger Forschern zufolge ein "neuer Weltrekord". Verglichen mit den besten bisherigen Lichtquellen in diesem Frequenzbereich verfüge der neue Laser, so seine Erbauer, über eine tausendfach höhere Spitzenleuchtstärke.
Die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichts liegt dabei zwischen 80 und 180 Nanometern, also knapp unterhalb des sichtbaren Spektrums im Bereich des ultravioletten Lichtes. Die maximale Lichtverstärkung (Physiker sprechen von Sättigung) gelang bei exakt 98 Nanometern, den kürzesten Wellenlängen, die jemals ein Freie-Elektronen-Laser erreicht hat. Zuvor war es US-Forschern bereits gelungen, das Phänomen im sichtbaren Bereich des Lichtes zu ergründen.
Die jetzt erfolgreich ausgereizte Anlage stellt allerdings nur einen Testballon für ein viel ehrgeizigeres Vorhaben dar. Mit dem Projekt "Tesla" planen die Desy-Forscher, einen 33 Kilometer langen linearer Beschleuniger für immense Energien in der Hamburger Erde zu vergraben.
Mit Hilfe supraleitender Spulen beschleunigt sollen darin Elektronen mit ihren Antiteilchen, den Positronen, kollidieren. Gleichzeitig wird der Tesla-Röntgenlaser, sollte er denn in der jetzt geplanten Version realisiert werden, als Quelle für intensive und extrem kurze Röntgenblitze mit Lasereigenschaften dienen.
Das Prinzip zumindest, das haben die Forscher jetzt gezeigt, funktioniert: Um das besonders intensive Laserlicht zu erzeugen, werden Elektronen zunächst in einem supraleitenden Teilchenbeschleuniger auf hohe Energien gebracht. Anschließend fliegen sie in einem Slalomkurs durch eine besondere Magnetanordnung, die die Elektronen zur Emission laserartig gebündelter Strahlung anregt.
Damit nicht genug: Um einen Laser-Effekt zu erzielen, muss die von den Elektronen ausgesandte Strahlung zudem in einem so genannten Resonator verstärkt werden. Beim FEL bedienen sich die Forscher dabei eines Tricks: Auf ihrem Weg durch die 15 Meter lange Magnetstruktur beeinflussen sich Elektronen und Strahlungsblitze gegenseitig - und zwar so, dass die zu Päckchen gebündelten Elektronen immer dichter zusammengedrängt werden. Derart unter Druck strahlen die Elektronen noch stärker bis sie schließlich alle im Gleichtakt schwingen. Durch die "selbstverstärkte spontane Emission" entstehen extrem starke Laserblitze.
In etwa einem Jahr soll die derzeitige Testanlage zu einem 300 Meter langen FEL ausgebaut werden - dann sind rein theoretisch Wellenlängen bis hinunter zu sechs Nanometern möglich. Von Studien im Bereich dieser so genannten weichen Röntgenstrahlung versprechen sich nicht nur Physiker, sondern auch Biologen, Mediziner oder Materialforscher, neue Perspektiven für ihre Forscher.