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Blitzschnelle Blitze

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Blitzschnelle Blitze
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Stanford University hat einen sichtbaren Lichtblitz einer Dauer von nur 1,6 Femtosekunden erzeugt. Der Blitz ist damit etwas kürzer als die Schwingungsperiode des elektromagnetischen Feldes selbst. Derartig kurze Blitze könnten unter anderem die Untersuchung chemischer Reaktionen in Echtzeit ermöglichen.

Dass Licht ein elektromagnetischer Wellenvorgang ist, ist schon seit der Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt. Im Gegensatz zu Radiowellen oszillieren die gekoppelten elektrischen und magnetischen Felder im Falle von Licht ungeheuer schnell ? die Periode der Schwingung beträgt nur wenige Femtosekunden, den Millionstel Teil einer Milliardstel Sekunde.

Stephen Harris und seine Kollegen haben nun Licht einer ganz besonderen Art hergestellt ? einen Lichtblitz, der mit 1,6 Femtosekunden kürzer ist als seine mittlere Schwingungsdauer selbst. Dazu war allerdings ein sehr komplizierter Experimentieraufbau nötig.

Dabei wurden zunächst zwei gepulste Laserstrahlen mit leicht verschiedenen Frequenzen durch einen mit Deuterium (schwerem Wasserstoff) gefüllten Behälter geschickt. Die Lichtstrahlen regten dabei einzelne Moleküle zu Schwingungen an und verloren somit einen Teil ihrer Energie. Durch einen komplizierten nichtlinearen optischen Prozess begann somit das Deuterium, Licht über einen sehr breiten Frequenzbereich von ultraviolett bis infrarot auszustrahlen.

Dieses „weiße“ Licht wurde dann mithilfe eines Prismas in Lichtstrahlen unterschiedlicher Farben aufgespaltet, die danach auf eine mit dem Edelgas Xenon gefüllte Gaszelle fokussiert wurden. Die Forscher stimmten nun zusätzlich die relativen Phasen der verschiedenen Lichtstrahlen mittels eines Flüssigkristalls genau aufeinander ab, so dass sie sich bei ihrer Überlagerung in der Xenonzelle maximal verstärkten.

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Dadurch wurde das Xenon-Gas zur Aussendung ultravioletter Strahlung angeregt. Durch eine genaue Analyse dieser Strahlung konnten die Forscher die Dauer der durch die Überlagerung der phasenkorrigierten Lichtstrahlen erzeugten weißen Lichtpulse bestimmen ? und dabei nachweisen, dass diese tatsächlich nur 1,6 Femtosekunden kurz waren. Die Arbeit der Forscher ist in dem Fachmagazin Physical Review Letters (Band 94 Artikel 033904) abgedruckt.

Stefan Maier
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