Forscher beobachten Auseinanderbrechen eines Lichtblitzes

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Amerikanische Wissenschaftler haben das Auseinanderbrechen eines ultrakurzen Laserblitzes in einer Wasserröhre untersucht. Dabei fanden die Forscher vom Dartmouth College in New Hampshire heraus, dass ein Teil des Blitzes, der so genannte Vorläufer, sich schneller durch das Wasser bewegt als der Rest des Blitzes. Das werden sie in einer kommenden Ausgabe des Fachmagazins Physical Review Letters berichten.

Ulf Österberg und seine Kollegen bestätigten in ihrer Studie eine mehr als 90 Jahre alte Theorie. Diese besagt, dass ein ultrakurzer Lichtblitz einer Dauer von unterhalb einer Billiardstel Sekunde beim Durchgang durch einen Körper so stark verbreitert werden kann, dass sich ein Teil des Pulses von dem Rest ablöst. Dieser Vorläufer kann sich dann sogar schneller durch das Medium bewegen als der Rest des Pulses.

Lichtpulse verbreitern sich in einem Medium aufgrund der Dispersion ? der Tatsache, dass sich verschiedene Frequenzen des Lichts in einem Medium wie Wasser mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen. Je kürzer ein Puls ist, desto mehr Frequenzkomponenten enthält er, und desto größer ist die Verbreiterung.

Die Forscher aus Dartmouth schossen nun in ihrem Experiment einen nur 100 Femtosekunden kurzen Puls durch eine Wasserröhre. Die Röhre war dabei ausreichend lang, so dass der Großteil des Pulses am anderen Ende nicht mehr ankam ? er wurde in dem Wasser absorbiert und somit beim Durchgang durch die Röhre exponentiell gedämpft.

Der Vorläufer hingegen, der sich durch die Dispersion von dem Hauptteil des Pulses abgelöst hatte, wurde im Einklang mit der Theorie beim Durchgang durch die Röhre nur mit der Quadratwurzel der durchquerten Wasserlänge gedämpft. Auf diese Weise gelang es den Forschern, die Dynamik des Vorläufers mit unterschiedlich langen Röhren genau zu studieren. Sie hoffen nun, dass ihre Experimente zu neuen Kommunikationstechnologien unter Wasser oder zu verbesserten medizinischen Untersuchungen führen können.

Stefan Maier

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