Neue Lasertechnologie erfasst Naturprozesse in Attosekunden

Geheimnisse der Natur entschlüsselt: Kann diese neue Lasertechnologie das Unsichtbare sichtbar machen?

Wissenschaftler entwickeln eine neue Lasertechnologie, um die schnellsten Prozesse der Natur sichtbar zu machen.

Fortschrittliche Lasertechnologie könnte die schnellsten Prozesse der Natur sichtbar machen – in der winzigen Zeiteinheit einer Attosekunde, die einem Quintillionstel einer Sekunde entspricht. Dr. Christian Brahms, Assistenzprofessor und Royal Academy of Engineering Research Fellow an der School of Engineering and Physical Sciences der Universität, verfolgt genau dieses Ziel. In den nächsten fünf Jahren arbeitet er an der Entwicklung einer neuen Lichtquelle für extrem schnelle Laserimpulse. Die Europäische Union unterstützt sein Projekt mit einem Budget von über 2 Millionen Euro. Damit soll er die Grenzen der Lasertechnologie erweitern.

Nobelpreisträger-Technologie weiterentwickeln

Das Projekt baut auf der Arbeit von Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L’Huillier auf. Sie erhielten 2023 den Nobelpreis für Physik. Ihre Technologie hat jedoch Grenzen, denn sie kann nicht alle Prozesse erfassen. „Viele der wichtigsten wissenschaftlichen Durchbrüche wurden durch die Beobachtung von Naturphänomenen ermöglicht, die weit über das menschliche Wahrnehmungsvermögen hinausgehen“, sagte Brahms laut SciTechDaily.

Genau daran arbeiten wir – wir gehen weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Laserquellen hinaus, um die Grundlagenforschung voranzutreiben.
Dr. Christian Brahms

Neues Licht für die Forschung

Dr. Brahms will eine neue Art von Laserlicht entwickeln, das natürliche Sonnenstrahlen imitiert – allerdings in extrem kurzen Blitzen. Die aktuelle Technologie, wie sie von den Nobelpreisträgern 2023 verwendet wurde, erzeugt ultrakurze Lichtimpulse im ultravioletten oder Röntgenwellenlängenbereich. Diese „Freeze-Frame“-Technik ermöglicht es, einige der schnellsten mikroskopischen Prozesse in Molekülen und Materialien zu sehen.

Allerdings liegt hier auch die Einschränkung. „In der Natur finden diese Prozesse im Sonnenlicht statt, nicht in den Wellenlängen, die in Laboren verwendet werden“, erklärte Brahms. Sein Ziel ist es, Laserpulse zu erzeugen, die genauso kurz wie herkömmliche Attosekunden-Lichtquellen sind. Diese Pulse sollen jedoch im gleichen ultravioletten und sichtbaren Wellenlängenbereich wie das Sonnenlicht liegen. Damit würden sich die sogenannten „blinden Flecken“ der Attosekunden-Technologie schließen. Forscher könnten neue Erkenntnisse in Bereichen wie der Photochemie oder Materialwissenschaften gewinnen und dadurch einige der schnellsten Phänomene in der Natur beobachten, wie beispielsweise den Prozess, durch den Pflanzen Sonnenlicht absorbieren.

Arbeitsplätze und Chancen an der Universität

Das Projekt an der Heriot-Watt University schafft fünf neue Stellen. Dr. Brahms plant, drei Doktoranden und zwei Postdoktoranden einzustellen, um das Laserlicht zu entwickeln. Es ist eines von 50 Projekten in Großbritannien, die in diesem Jahr den ERC Starting Grant erhalten haben, der wegweisende Forschung in verschiedenen Bereichen fördert.

Brahms sieht die Förderung als Zeichen für das Vertrauen in die britische Forschungs- und Technologielandschaft. „Nur 14 Prozent der Anträge auf ERC-Förderung waren erfolgreich – wir gehören offiziell zu den dynamischsten und spannendsten Forschungsprojekten in Europa“, sagte er.

Was du dir merken solltest:

Dr. Christian Brahms von der Heriot-Watt University erhält über 2 Millionen Euro, um eine neue Laserlichtquelle für extrem schnelle Impulse zu entwickeln. Diese Quelle soll Naturprozesse in Attosekunden sichtbar machen.
Das Projekt baut auf der Nobelpreis-Technologie von 2023 auf, will jedoch die „blinden Flecken“ dieser Methode schließen. Dazu sollen Laserpulse im ultravioletten und sichtbaren Wellenlängenbereich des Sonnenlichts erzeugt werden.
Das Forschungsvorhaben schafft fünf neue Arbeitsplätze und ist eines der 50 in Großbritannien geförderten Projekte. Es soll die Grundlagenforschung in Photochemie und Materialwissenschaften vorantreiben.

Übrigens: Am Meeresgrund lagern wertvolle Mineralien und Metalle, die moderne Technologien wie Elektroautos und Windräder benötigen. Eine neue Methode, die Laser-induzierte Plasmaspektroskopie (LIBS), eröffnet nun umweltfreundlichere Möglichkeiten zur Erforschung der Tiefsee. Mehr dazu erfährst du in unserem Artikel.