Wissenschaftler der Universitäten von Texas und Michigan haben mithilfe eines kräftigen Laserblitzes eine Plasmawelle erzeugt, die sich mit einer Geschwindigkeit von 99,997 Prozent der Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Dank einer speziell für diese Studie entwickelten Kamera ließ sich die Bewegung der Welle sogar direkt ablichten. Derartige Plasmawellen könnten unter anderem in einer neuen Generation von Teilchenbeschleunigern eingesetzt werden, glauben die Forscher.
Um ihre Plasmawellen zu erzeugen, schossen die Wissenschaftler um Michael Downer und Nicholas Matlis einen Laserblitz mit einer Stärke von etwa 30 Terawatt in ein Heliumgas hinein. Die enormen elektrischen Felder des Pulses ionisierten das Gas innerhalb eines winzigen Bruchteils einer Sekunde, so dass ein Plasma aus negativ geladenen Elektronen und positiven Heliumatomrümpfen zurückblieb.
In diesem Plasma breiteten sich nach dem Abklingen des Laserblitzes elektrische Wellen mit Feldstärken von bis zu 100 Gigaelektronenvolt pro Meter aus. Die Elektronen des Plasmas wurden in diesen Feldern in extrem kurzer Zeit fast auf die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beschleunigt. Forscher untersuchen daher schon seit längerem, ob sich derartige Plasmawellen zur Herstellung einer neuen Klasse von Teilchenbeschleunigern eignen könnten.
Dem amerikanischen Forscherteam ist es nun zum ersten Mal gelungen, die Plasmawellen direkt räumlich abzubilden. Dazu schossen die Wissenschaftler zwei weitere, viel schwächere Laserblitze zusammen mit dem starken Blitz in das Heliumgas hinein. Diese Blitze wurden durch die Plasmaschwingungen gestreut und mit einem Spektrographen aufgefangen. Mithilfe eines komplexen dreidimensionalen Interferenzverfahrens konnten dann Bilder der Wellenfronten der Plasmawellen erzeugt werden.
Die Forscher konnten auf diese Weise bestätigen, dass sich ihre Wellen tatsächlich fast mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiteten. Sie hoffen, dass ihre “Kamera” in der Plasmaphysik vielfachen Einsatz finden wird.
Beitrag auf einer Konferenz der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft Stefan Maier
