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Optische Messungen: Neuer Rekord für ultrakurze Laserpulse

Jens Köhler und seine Kollegen von der Universität Kassel führten optische Messungen mit einer zeitlichen Präzision von 300 Zeptosekunden durch und unterboten damit den bisherigen Rekord von zwölf Attosekunden um das 40-Fache. Mit den ultrakurzen Laserpulsen lassen sich unter anderem zeitliche Abläufe auf Molekül- und Atomebene untersuchen, manipulieren und kontrollieren.

Die Wissenschaftler entwickelten einen optischen Aufbau, mit dem sie sowohl Form als auch Eigenschaften von Lichtpulsen gezielt anpassen. Tatsächlich gelang es ihnen, den zeitlichen Abstand von zwei aufeinanderfolgen Laserpulsen mit einer Präzision von 300 x 10-21 Sekunden einzustellen. In dieser Zeit könnte das Licht eine Strecke von gerade mal dem Durchmesser eines Wasserstoffatoms passieren, während es in einer Sekunde von der Erde zum Mond reist. Dies sei das kürzeste jemals von Menschen aktiv beherrschte Zeitintervall, erklären die Forscher.

Die maßgeschneiderten Doppel-Laserpulse setzten die Forscher um Köhler anschließend in einem Experiment ein: Sie manipulierten damit die Energiezustände von Elektronen in Atomen. Mit einer zeitlichen Genauigkeit von weniger als zehn trillionstel Sekunden konnten sie mittels der Laserpulse zwischen verschiedenen elektronischen Zuständen hin- und herschalten. Dies demonstriere die effiziente Kontrolle der ultraschnellen Dynamik von Elektronen, die der neue Ansatz ermöglicht, schreibt das Team.

Ultrakurze Zeitskalen spielen vor allem bei Prozessen im Mikro- und Nanokosmos eine wichtige Rolle. Erst ebenso kurze Lichtblitze ermöglichen beispielsweise, chemische Reaktionen zwischen einzelnen Molekülen zu filmen und zu manipulieren. Durch den neuen Rekord können Forscher in Zukunft noch schnellere Prozesse als bisher untersuchen und kontrollieren.

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