Britische Wissenschaftler haben eine Methode zur genauen Charakterisierung des elektrischen Feldes winzig kurzer Infrarotlaserblitze entwickelt. Dabei werden die Blitze zunächst auf eine Gaswolke geschossen und diese dadurch zur Aussendung eines noch kürzeren Blitzes von Röntgenstrahlung angeregt. Dessen genaue Analyse ermöglicht es dann, den zeitlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke des ursprünglichen Laserblitzes zu rekonstruieren.
Die von John Tisch vom Imperial College in London und seinen Kollegen untersuchten Blitze des Infrarotlasers sind unheimlich kurz ? sie dauern nur 8,5 Femtosekunden lang an. Eine Femtosekunde entspricht einem Millionstel einer Milliardstel Sekunde, in Sekunden ausgedrückt einem Dezimalbruch mit 14 Nullen nach dem Komma.
Da ein derartiger Puls nur aus wenigen elektromagnetischen Schwingungen besteht, ist der zeitliche Verlauf der elektrischen Feldstärke für dessen Charakterisierung von besonderer Bedeutung. So könnte der Puls etwa mit einem Minimum der Feldstärke beginnen, mit einem Maximum oder mit jedem beliebigen Zwischenwert. Da die Wechselwirkung eines derartigen Pulses mit Elektronen in Atomen stark von dieser Phase des elektrischen Feldes abhängt, suchen Forscher schon seit längerem nach einem einfachen Verfahren zur Untersuchung einzelner Femtosekundenblitze.
Genau dies ist den britischen Forschern nun gelungen. In ihrem Experiment schossen sie den Laserblitz auf eine Gaswolke, die dadurch zur Aussendung eines etwa um einen Faktor zehn kürzeren Röntgenpulses angeregt wurde. Dieser konnte dann mittels eines Detektors aufgefangen werden.
Eine genau Analyse sowohl der räumlichen Struktur als auch des Frequenzspektrums des Röntgenblitzes ermöglichte es dann, die Phase des ursprünglichen Laserblitzes mit einer Genauigkeit von 0,05 Femtosekunden zu berechnen. Im Gegensatz zu anderen Verfahren muss dazu nur ein einzelner Laserblitz beobachtet werden, so dass keine Mittelung nötig ist.
Nature Physics, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1038/nphys463 Stefan Maier
