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Drei Wissenschaftler haben den Nobelpreis für Physik gewonnen, weil sie gezeigt haben, wie man ultrakurze Lichtimpulse erzeugt, mit denen sich die Bewegungen von Elektronen messen lassen.
Pierre Agostini von der Ohio State University, Ferenc Krausz vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Deutschland und Anne L’Huillier von der Universität Lund in Schweden teilen sich den Preis von 11 Mio. SKr (1 Mio. US-Dollar) für die Erzeugung von Laserimpulsen, die in Attosekunden gemessen werden – Milliardstel eines Milliardstels eine Sekunde, die kürzeste Zeitskala, die jemals von Wissenschaftlern erreicht wurde.
Die jahrzehntelange Forschung des Trios „gibt uns die Möglichkeit, Mechanismen zu verstehen, die von Elektronen gesteuert werden“, sagte Eva Olsson, Vorsitzende des Nobelkomitees für Physik.
Die Arbeit beginnt sich von der Grundlagenphysik – dem Verständnis der Eigenschaften von Elektronen – hin zu potenziellen Anwendungen in materialwissenschaftlichen Bereichen wie Elektronik, Biotechnologie und Nanotechnologie zu bewegen.
„Attosekundenpulse können auch zur Identifizierung verschiedener Moleküle verwendet werden, beispielsweise in der medizinischen Diagnostik“, heißt es in der Nobel-Zitat. Wenn man ihre Dauer in einen Kontext setzt, gibt es in einer Sekunde so viele Attosekunden wie Sekunden seit der Entstehung des Universums.
Ein praktischer Einsatz von Attosekundenlasern werde als bildgebendes Werkzeug in der Halbleiterindustrie liegen, sagte L’Huillier, nur die fünfte Frau unter 225 Physik-Nobelpreisträgern. Sie nahm telefonisch an der Pressekonferenz in Stockholm teil, nachdem sie mitten in einer Vorlesung vor Lund-Studenten die Nachricht von ihrem Preis erhalten hatte.
L’Huillier gelang 1987 an der französischen Universität Paris-Saclay der erste Durchbruch in einer Reihe von Entdeckungen, die zur Attosekundenphysik führen sollten, und setzte ihre Forschungen fort, nachdem sie in den 1990er Jahren nach Schweden gezogen war. „Erst jetzt sehen wir, dass Anwendungen entstehen“, sagte sie. „Grundlagenforschung ist sehr wichtig und muss finanziert werden.“
Die anderen beiden Preisträger knüpften an die Arbeit von L’Huillier an und verkürzten die Dauer der Laserpulse auf einige Hundert und dann auf mehrere Dutzend Attosekunden.
L’Huilliers französischer Landsmann Agostini arbeitete ebenfalls in Paris-Saclay, bevor er 2002 in die USA zog. Krausz, ursprünglich aus Ungarn, forschte zunächst an der Universität Wien und dann am Max-Planck-Institut in der Laserphysik.
Krausz‘ Labor unternimmt „die ersten Schritte in Richtung biologischer Anwendungen“, sagte die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften. Durch die Kombination von Attosekundenphysik und Breitbandoptik entwickeln die Forscher neue Methoden zur Erkennung von Veränderungen in der molekularen Zusammensetzung biologischer Flüssigkeiten, einschließlich der Erkennung von Krankheiten aus Blutproben.
Michael Moloney, Vorstandsvorsitzender des American Institute of Physics, sagte: „Diese Techniken helfen uns, in das Innere von Atomen zu blicken und auf die Skala der Elektronen zu blicken, die sich zuvor zu schnell bewegten, als dass wir sie sehen könnten.“ Wir hatten kein Blitzlicht, das schnell genug war, um die Bewegung aufzulösen.“
Mete Atatüre, Leiter des Cavendish-Physiklabors an der Universität Cambridge, sagte: „Die jahrzehntelange Suche nach kurzen, intensiven Impulsen hat es uns ermöglicht, zu sehen, wie sich Materie auf immer kürzeren Zeitskalen verhält.“ Sie dienen als unser höchstauflösender Maßstab dafür, wie die Welt funktioniert.“
Der Physikpreis ist der zweite von sechs Nobelpreisen in diesem Jahr, nachdem Katalin Karikó und Drew Weissman am Montag den Medizinpreis für Entdeckungen gewonnen haben, die zu mRNA-basierten Covid-Impfstoffen führen. Die Preise für Chemie, Literatur, Frieden und Wirtschaft werden in der kommenden Woche bekannt gegeben.