Physik-Nobelpreis 2018 geht an Laser-Spezialisten

Am Dienstagvormittag sind im schwedischen Solna die diesjährigen Physik-Nobelpreisträger bekanntgegeben worden. Der Preis geht zur Hälfte an Arthur Ashkin für die Entwicklung der optischen Pinzette und deren Anwendung auf biologische Systeme. Die andere Hälfte teilen sich der Franzose Gérard Mourou und die Kanadierin Donna Strickland für die Erzeugung ultrakurzer Laserpulse mit hoher Spitzenleistung.

Die drei Preisträger teilen sich das Preisgeld von neun Millionen Schwedischen Kronen, das sind etwa 866.400 Euro. Mit Donna Strickland geht der Physik-Nobelpreis zum dritten Mal in seiner Geschichte an eine Frau. "Das habe ich nicht gewusst, ich dachte, das sei öfter vorgekommen. Ich hoffe, dass die Frequenz in Zukunft zunimmt und bin stolz, eine dieser Frauen zu sein", kommentierte Strickland bei der Ankündigungspressekonferenz trocken. Die anderen beiden bisher ausgezeichneten Forscherinnen sind Marie Curie (1903) und Maria Goeppert-Mayer (1963).

Optische Pinzette

Eine optische Pinzette ist ein Laserstrahl, mit dem kleine Objekte festgehalten und manipuliert werden können. Die Objekte müssen dabei kleiner sein als die verwendete Wellenlänge. Dann findet eine Interaktion mit dem elektromagnetischen Feld des Laserstrahls statt. Auf das Objekt wirkt dabei eine geringe Kraft in Richtung der maximalen Lichtintensität, also zum Fokus des Strahls.

Arthur Ashkin hat 1970 die erste Arbeit über diese Krafteinwirkung auf Teilchen in der Größenordnung von Mikrometern publiziert. Zudem hat er auch als erster demonstriert, dass sich mit optischen Pinzetten biologische Zellen gezielt und sehr genau bewegen lassen. Heute ist gehört diese Technik in Biologie und Medizin zum Standard-Repertoire. Mit 96 Jahren zum Zeitpunkt der Ankündigung ist Ashkin der älteste Wissenschaftler, der je einen Nobelpreis bekommen hat.

Kräftige, ultrakurze Laserpulse

Gérard Mourou und Donna Strickland haben 1985 eine Methode vorgestellt, mit der ultrakurze Laserpulse mit sehr hoher Intensität erzeugt werden können. Mit der sogenannten "Chirped Pulse Amplification" (die Verstärkung von Laserpulsen mit sich ändernder Frequenz) sind Pulse im Petawatt-Bereich möglich (ein Petawatt sind 10 hoch 15 Watt). So starke Pulse können nicht direkt erzeugt werden, weil sie die Verstärker der Laserquellen zerstören können. Die Verstärkung der Pulse erfolgt, indem die Pulse zuerst gestreckt werden, wodurch die Energiedichte abnimmt. Dann können sie verstärkt und anschließend wieder komprimiert werden.

"Wir haben kreativ gedacht uns sind so darauf gekommen, die Pulse zu strecken, bevor wir sie verstärken", erklärt Donna Strickland bei der Pressekonferenz. Angewendet werden die ultrakurzen Laserpulse mittlerweile beispielsweise bei Augenoperationen. Die Möglichkeiten sind aber vielfältig. "Derzeit werden weltweit überall starke Laser gebaut. Die Technik steht erst am Anfang und kann in Chemie, Physik, Medizin und Maschinenbau Fortschritte bringen", sagt Strickland.