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Physik-Nobelpreis Werkzeuge aus Licht

Stand: 02.10.2018 13:54 Uhr

Für die Entwicklung von hocheffizienten Werkzeugen aus Licht bekommen drei Laser-Forscher aus den USA, Frankreich und Kanada den Nobelpreis für Physik. Eingesetzt werden ihre Erfindungen auch für Augenoperationen.

Von Gabor Paal, SWR

Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr jeweils zur Hälfte an den US-Amerikaner Arthur Ashkin sowie an den Franzosen Gérard Mourou und Donna Strickland aus Kanada für ihre bahnbrechenden Erfindungen im Bereich der Laserphysik. Sie haben unter anderem Laser-Pinzetten und hochintensive Laser-Pulse erfunden.

Laser-Pinzetten bewegen Viren und Bakterien

Optische Pinzetten halten wirklich, was der Name verspricht: Sie sind in der Lage, allein mit Hilfe von Licht Teilchen festzuhalten und zu bewegen. Ein bisschen wie in Star Trek, wo mit einem so genannten "Traktorstrahl" große Objekte berührungslos bewegt werden können - nur eben viel kleiner. Statt Asteroide bewegen die realen Laser-Pinzetten heute Viren und Bakterien.

Arthur Ashkin hat sie erfunden. Er ist heute 96 Jahre alt - niemand vor ihm hat in diesem hohen Alter den Nobelpreis erhalten. Ashkin gehört zu den Pionieren, die noch die Erfindung des Lasers 1960 miterlebt haben. Schon früh hat er in den Bell Laboratories bei New York eigene Experimente durchgeführt. Er versuchte, kleine transparente Kügelchen mit Laserlicht zu bewegen. Dabei stellte er fest, dass sich die Kugeln immer ins Zentrum des Lichtstrahls bewegen - dorthin, wo der Strahl am intensivsten ist. Zunächst war das ein unerwarteter Nebeneffekt - doch Ashkin entwickelte ihn weiter zu einem eigenen Werkzeug: Einer Lichtfalle, die kleine Teilchen festhalten und bewegen kann, ohne sie zu zerstören.

Heute werden Laser-Pinzetten vor allem in der Forschung genutzt, um Proteine, DNA oder das Innenleben von Zellen zu untersuchen. Eine der jüngsten Anwendungen ist die optische Holographie. Sie soll auch im Kampf gegen Malaria zum Einsatz kommen. Tausende Laser-Pinzetten werden dabei gleichzeitig eingesetzt, um gesunde von infizierten Blutzellen zu unterscheiden.

Laser-Pulse für Augenoperationen

Ein ganz anders geartetes "Licht-Werkzeug" stellt die Erfindung von Gérard Mourou und Donna Strickland dar. Sie haben es geschafft, extrem kurze und zugleich hochintensive Laser-Pulse zu erzeugen. Extrem kurz heißt: Rund eine Billiarden Pulse pro Sekunde! Diese Femtosekunden-Laser werden heute beispielsweise bei Augenoperationen eingesetzt. Die Kombination aus "intensiv" - also energiereich - und gleichzeitig "kurz" erlaubt hochpräzise Eingriffe, ohne das Zielobjekt zu zerstören. Solche Laser werden auch bei der Herstellung von Gefäßstützen (Stents) genutzt sowie bei der Herstellung von Datenträgern.

1985 haben Mourou und Strickland die Methode vorgestellt und damit auch geholfen, eine Phase der Lähmung in der Laserentwicklung zu überwinden. Denn damals sah es so aus, als lasse sich die Intensität von Laserstrahlen kaum noch steigern. Mit der Erfindung von Mourou und Strickland ging es wieder aufwärts.

Der 74-jährige Mourou arbeitet heute an der Europäischen Laser-Initiative ELI (Extreme Light Infrastructure) mit, die das Ziel hat, noch kürzere und noch intensivere Laserpulse zu erzeugen. Die dazu notwendigen Anlagen entstehen derzeit in Tschechien, Ungarn und Rumänien.

Über dieses Thema berichtete die tagesschau am 02. Oktober 2018 um 14:00 Uhr.

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