Technische Universität Wien
Schräges und Absonderliches rund um den Laser:
Extrem kurz und gut
Zumindest zweimal hat auch die TU Wien große Laser-Geschichte geschrieben: der Gruppe von Ferenc Krausz am Institut für Photonik gelang es im Jahr 2001 erstmals, einzelne Lichtimpulse kürzer als 1 Femtosekunde zu erzeugen (NATURE, 29. November 2001). Der Weltrekord der Bell-Labs lag vorher Jahrzehnte lang bei einigen Femtosekunden. Im Jahr 2004 schaffte er dann erstmals 250 Attosekunden - dokumentiert im Guinness-Buch der Rekorde. Die Wiege der Attosekundenphysik steht somit an der TU Wien.
Die längsten Laserstrahlen
Ein Reflektor, der von der Apollo-14-Crew am Mond installiert wurde.
Sie reichen von der Erde zum Mond und wieder zurück. Die Astronauten der Apollo-Missionen installierten auf der Mondoberfläche Reflektoren. Wenn man mit präzise ausgerichteten Lasern Lichtpulse auf die Reflektoren schießt und die zur Erde zurückreflektierten Pulse misst, kann man aus der Zeitverzögerung die Entfernung Erde-Mond bestimmen. Bis heute werden solche Experimente immer wieder durchgeführt.
Die größte Hitze
Kernfusion zählt nach wie vor zu den Zukunftshoffnungen für die Energiequelle von morgen. Es gibt ganz unterschiedliche Methoden, Kernfusion anzuregen, zum Beispiel auch das Bestrahlen des Brennstoffes mit extrem starken Lasern. Im Lawrence Livermore National Laboratory (Kalifornien, USA) wurden fabrikshallengroße Laseranlagen errichtet, um in stecknadelkopfgroßen Brennstofftargets eine Temperatur von etwa hundert Millionen Grad Celsius und damit Kernfusion zu erzeugen.
Die extremste Kälte
Die extremste Kälte wird ebenfalls mit Laserlicht erzeugt. Wenn ein Atom ein Lichtteilchen absorbiert, wird dabei ein Impuls übertragen, das Atom kann dadurch beschleunigt oder abgebremst werden. Durch ein ausgeklügeltes System von Laserlicht mit genau der richtigen Wellenlänge kann man Atome systematisch abbremsen, bis sie sich praktisch nicht mehr bewegen. Die Bewegungsenergie der Atome ist ein Maß für die Temperatur, völlig stillstehende Atome bedeuten den absoluten Nullpunkt (-273.15° C). Durch Laser-Cooling kann man die Atome auf weniger als ein Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abkühlen. Diese Technik des Laser-Coolings ist sehr wichtig für hochpräzise Messungen, etwa für Atomuhren. Für ihre Erfindung wurde 1997 der Physiknobelpreis vergeben.
Das größte Laser-Experiment
Ein Laserexperiment von astronomischen Ausmaßen: Noch ist LISA eine Zukunftsvision.
Noch ist es nicht in Betrieb, aber Forschergruppen aus der ganzen Welt arbeiten daran: Das LISA-Experiment soll aus drei Raumfahrzeugen bestehen, die 50 Millionen Kilometer von der Erde entfernt um die Sonne kreisen. Die drei Raumfahrzeuge sollen jeweils 5 Millionen Kilometer voneinander entfernt sein und mit Laserstrahlen in Kontakt stehen. Sie sollen so ein gleichseitiges Dreieck bilden, dessen Kantenläne mehr als zehnmal länger ist als die Distanz Erde-Mond. Durch die Laserstrahlen können winzigste Änderungen in der Entfernung zwischen den drei Raumfahrzeugen vermessen werden. So soll es möglich sein, Gravitationswellen nachzuweisen, wie sie vielleicht von manchen Schwarzen Löchern ausgesandt werden.
Die kürzesten Laserpulse
Kurze Laserpulse sind besonders für AtomphysikerInnen interessant. Sie erlauben Momentaufnahmen von Atomen, wie sie sonst nicht möglich wären. Den Weltrekord für die kürzesten Laserpulse hält derzeit das Max-Planck-Institut in Garching bei München, sie dauern nur etwa 100 Attosekunden (eine Attosekunde ist ein Millionstel eines Millionstels einer Millionstelsekunde, also 10^-18 Sekunden). Das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching ist ein wichtiger Partner der TU Wien und arbeitet im Rahmen des Spezialforschungsprogrammes ADLIS mit verschiedenen Arbeitsgruppen der TU Wien zusammen.
Kann man Laserstrahlen sehen?
LIDAR-Anlage am Starfire Optical Range, Albuquerque, USA
Auch wenn in Filmen ein Laserstrahl oft als grellleuchtende Linie gezeigt wird: Von einem ganz gewöhnlichen Laser, wie man ihn etwa als Laserpointer kaufen kann, sehen wir nur den Lichtpunkt, den er an die Wand wirft. Nur wenn man Rauch in den Laserstrahl bläst, wird der Strahl sichtbar, weil er dann von Rauchpartikeln gestreut wird und von dort an unser Auge gelangt.
Es gibt allerdings Laser, die so stark sind, dass die minimale Streuung des Laserlichtes an den Atomen und Molekülen der Luft ausreicht, um den Laserstrahl für unsere Augen sichtbar zu machen. Ein besonders beeindruckendes Bild bieten etwa die Laser von LIDAR-Anlagen, die mächtige Strahlen in den Himmel schießen, um die Zusammensetzung der Atmosphäre zu untersuchen (siehe Bild). Im Vakuum des Weltraums freilich wären auch solche Laserstrahlen völlig unsichtbar.