08/06/2012 - Methode zur Gewinnung eines kohärenten Röntgenstrahls aus einem Infrarotlaser

Menéame

Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern, darunter Spanien, haben eine Methode entwickelt, um einen kohärenten Röntgenstrahl aus einem Infrarotlaser zu erzeugen. Die erzeugten Strahlen sind ein vielversprechendes Werkzeug in Nanoskopie und ultraschnelle Beobachtung.

"Die Natur der Röntgenstrahlen ist die gleiche wie das sichtbare Licht [elektromagnetische], aber jedes ihrer Photonen hat eine tausendfache Energie," erklärt Carlos Hernández García und Luis Plaja, Wissenschaftler an der Universität Salamanca. "Darum hat es 50 Jahre gedauert, bis sie Röntgenlaser-Strahlen erschaffen haben," erklären sie SINC.

Erzeugung von Hoch-Hardware

Die Erzeugung eines Röntgenlasers erfordert so viel Energie, dass es bisher nur in riesigen Anlagen möglich war, wie zum Beispiel in Anlagen mit Teilchenbeschleunigern, in denen Elektronen bis zu Geschwindigkeiten in der Nähe des Lichts beschleunigt wurden.

"Unser Ansatz verwendet Infrarotlaser, die nur einen Labortisch besetzen," so die spanischen Forscher.

Die von ihnen verwendete Technik heißt "High-Order Harmonic Generation" und zersplittert die Atome eines Gases mit einem hochintensiven Laser. "Jedes Gasatom wird so zu einem winzigen Teilchenkollisor, einem Nanoschleierer, aus dem Röntgenfotos entstehen," so die Wissenschaftler.

"Die HHG-Technik hat eine perfekte musikalische Analogie," so Hernandez und Plaja. Wenn wir die Taste eines Klaviers drücken, klingt eine Note, die von den anderen gleichen Namens begleitet wird, aber auf verschiedenen Oktaven mit geringerer Intensität. Im Fall von Licht verhält sich jedes Atom wie ein Musikinstrument: Der Laser lässt die Elektronen der Gasatome bei harmonischen Frequenzen vibrieren, doppelt so viel wie das Dreifache und in unserem Fall bis zu 5.000 Mal! So wie der Klang jeder oberen Oktave immer schärfer wird, wird das Licht jeder Harmonie allmählich energetischer, von sichtbarem zu UV und schließlich zu Röntgen."

Nach Ansicht der Autoren ist das wirklich Außergewöhnliche, dass alle Nanokollisionsapparate synchronisiert funktionieren "wie ein großes Orchester, treu dem Hochintensitätslaser-Battle folgend." Das Ergebnis ist ein "kohärenter" Röntgenstrahl, der die Eigenschaft ist, die den Laser vom konventionellen Licht unterscheidet (wie zum Beispiel einer Glühbirne) und das es zu einem so besonderen Werkzeug macht.

"Die kohärenten Röntgenstrahlen, die wir erzeugt haben, sind vielversprechend für das Verständnis, die Messung und die Kontrolle der Nanometerwelt," so Hernández García und Plaja.

Gegenwärtige und künftige Anwendungen der Kohärenz

"Für Physiker ist Kohärenz eine Art der Regelmäßigkeit," erklären die beiden Spanier. Die Wellen des Meeres an einem ruhigen Tag sind konsistent, weil sie regelmäßig auftreten, mit einer mehr oder weniger konstanten Entfernung zwischen ihnen. An einem Tag der Flut, statt, Wellen folgen keinerlei Muster."

Die Wellenlänge der Strahlung, die sie in dieser Forschung erzeugt haben, entspricht dem, was man "weiche" Röntgenstrahlen nennt, die sich von "harten" unterscheiden, weil sie weniger Durchdringungsfähigkeit haben. "Bei Röntgenaufnahmen beispielsweise werden die Harten verwendet," nuancieren die Wissenschaftler.

„Weiche Röntgenstrahlen sind Werkzeuge mit zahlreichen Anwendungen, beispielsweise zur Messung und Beobachtung der Bestandteile kleinster Viren und der Vorgänge im Inneren eines Atoms“, erklären sie. Diese Strahlen ermöglichen Auflösungen im Nanometerbereich und können deshalb in der nanoskopischen Mikroskopie eingesetzt werden.

Außerdem schwingen die erzeugten Röntgenstrahlen sehr schnell. Da sie zugleich in kohärenten Strahlen erzeugt werden, die räumlich und zeitlich regelmäßig sind, eignen sie sich als hochauflösende „Uhren“ im Bereich unterhalb einer Attosekunde – eines Trillionstels einer Sekunde, also einer Sekunde geteilt durch 1.000.000.000.000.000.000.

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