Nobelpreis für Physik 2005: Erhelltes Licht
Der Preis geht an die beiden US-Amerikaner Roy Glauber und John Hall und den Deutschen Theodor Hänsch für ihre Entdeckungen auf dem Gebiet der Optik
Den Nobelpreis für Physik teilen sich in diesem Jahr der 80-jährige Roy Glauber von der Harvard-Universität, der 71-jährige John Hall von der Universität von Colorado und der 63-jährige Theodor Hänsch, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Glauber erhält die Hälfte der umgerechnet 1,1 Millionen Euro für seine Arbeit zur Quantentheorie der optischen Kohärenz, mit der unter anderem der Unterschied zwischen der zufällig verteilten Lichtstrahlung einer Glühbirne und der gerichteten eines Lasers erklärt werden kann. Die andere Hälfte des Preises geht an Hall und Hänsch für ihren Beitrag zur Entwicklung der laserbasierten Präzisionsspektroskopie, mit der Frequenzen mit einer bislang ungekannten Genauigkeit vermessen werden können.
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Obwohl die Quantenelektrodynamik, die von geladenen Punktteilchen verursachte Phänomene quantenfeldtheoretisch beschreibt, bereits in den 40er Jahren des vergangenen Jahrhunderts formuliert wurde, galten in der Optik weiterhin die klassischen Maxwell'schen Gleichungen – das Licht wurde als einfache Wellenbewegung mit einer gewissen Anzahl zufälliger Intensitätsvariationen beschrieben. Erst Roy Glauber gelang es Anfang der 60er Jahre, Optik und Quantentheorie zu vereinen. So beschrieb er beispielsweise den von Einstein entdeckten photoelektrischen Effekt mithilfe der Quantenfeldtheorie und zeigte, dass das so genannte Bunching des Lichts, bei dem sich Photonen zu Bündeln zusammenlagern, eine natürliche Konsequenz der zufälligen Natur thermischer Strahlung ist.
Die von Glauber entwickelte Quantenoptik lieferte nicht nur die Erklärung für viele bis dahin unverstandene Phänomene, sie war auch die Basis für eine ganze Reihe technischer Entwicklungen, darunter auch die Präzisionsspektroskopie, für die Hänsch und Hall ausgezeichnet werden. Den beiden Forschern gelang es, durch die Kopplung einer Reihe von extrem frequenzstabilen Lasern einen so genannten Frequenzkamm zu erzeugen, ein Spektrum gleichmäßig verteilter Frequenzen. Zu messende unbekannte Frequenzen können einer der Kammfrequenzen zugeordnet und damit extrem genau bestimmt werden – momentan auf etwa 15 Stellen hinter dem Komma.
In Zukunft soll die Technik unter anderem dabei helfen, eine neue optische Standarduhr zu entwickeln, Navigationssysteme genauer zu machen und die Relativitätstheorie zu überprüfen. Auch die Beziehung zwischen Antimaterie und Materie könnte präziser untersucht werden, wenn die Genauigkeit des Systems weiter verbessert wird. Dann könnte es auch gelingen, potenzielle Veränderungen von Naturkonstanten im Lauf der Zeit zu messen, was heute aufgrund der fehlenden Präzision aktueller Messmethoden nicht möglich ist.
Ilka Lehnen-Beyel
