Das erste kompakte Ger�t, das einen laserartigen R�ntgenstrahl f�r eine Wellenl�nge von einem Nanometer erzeugt, haben Physiker vom Max-Planck-Institut f�r Quantenoptik in Garching unter der Leitung von Prof. Ferenc Krausz in Zusammenarbeit mit Kollegen der Technischen Universit�t Wien und der Universit�ten W�rzburg und M�nchen entwickelt. Damit sind sie dem Traum vieler Radiologen und Biologen von einer kompakten "Lichtquelle", die ultrakurz gepulste R�ntgenstahlen in einer Richtung wie Laserlicht aussendet, ein St�ck n�her gekommen. Die Wissenschaftler sind sich sicher, dass eine solche Quelle es in Zukunft erm�glichen wird, R�ntgenbilder mit weit h�herer Aufl�sung bei gleichzeitig stark reduzierter Strahlendosis gegen�ber der heutigen Bilderstellung zu erzeugen. F�r die Krebsfr�herkennung w�rde das eine dramatische Reduktion des Risikos bedeuten. Mit einer solchen Strahlenquelle ausgestattete Mikroskope w�rden es erm�glichen, Biomolek�le in ihrer nat�rlichen Umgebung mit einer Aufl�sung im Nanometerbereich zu analysieren (Nature, 10. Februar 2005).


Die Farbe des Lichtes wird durch die Zyklusl�nge einer elektromagnetischen Welle, der so genannten Wellenl�nge, festgelegt. Rotes Licht hat eine Wellenl�nge von etwa 700 Nanometern, w�hrend violettes Licht mit einer Wellenl�nge von etwa 400 Nanometer vom menschlichen Auge gerade noch wahrgenommen wird. Licht mit k�rzeren Wellenl�ngen (ultraviolettes Licht) ist unsichtbar, und wenn sich der Wellenzyklus auf weniger als einen Nanometer verk�rzt, ist der R�ntgenstrahlenbereich erreicht.

Das deutsch-�sterreichische Forscherteam fokussierte eine Sequenz von intensiven ultrakurzen Blitzen von rotem Licht auf Heliumgas, um 700-Nanometer Laserlicht in 1-Nanometer R�ntgenlicht umzuwandeln, das von den angeregten He-Atomen ausgestrahlt wird. Das hochintensive Laserfeld bewirkt gigantische Oszillationen der negativ geladenen Elektronenwolke um den positiv geladenen Atomkern und verwandelt dadurch die Atome zu Antennen. Wegen der sehr gro�en Amplituden ihrer Schwingungen, strahlen die Atome nicht nur mit der Wellenl�nge des antreibenden Lasers (700 Nanometer) sondern auch mit k�rzeren Wellenl�ngen. Da die Antennen im Gleichtakt durch das Laserfeld angesteuert werden, wird der Zeittakt auch beim Abstrahlen der Wellen beibehalten. Die winzigen "atomaren" Wellen sind zwar au�erordentlich schwach, aber sie addieren sich, da sie alle im Takt schwingen. Damit entsteht eine R�ntgenwelle von signifikanter Intensit�t, die in einem gerichteten Strahl parallel zum einfallenden Laserlicht ausgesandt wird.

Das oben beschriebene Ph�nomen ist nicht neu. Es handelt sich dabei um eine Standard-Technik f�r die routinem��ige Erzeugung laser�hnlicher ultravioletter Strahlung f�r einen Wellenl�ngenbereich von 100 Nanometer bis unterhalb von 10 Nanometer. Es wird jedoch immer schwerer, die Grenzen dieser Technologie zu k�rzeren Wellenl�ngen hin zu verschieben, da durch das starke Laserfeld mehr und mehr Elektronen aus den Atomen gerissen werden, die dann den Aufbau einer intensiven Welle aus schwachen "atomaren" Wellen behindern.

Die Arbeitsgruppen haben diese Probleme jetzt gel�st, indem sie die Atome mit den weltweit k�rzesten hochintensiven Laserpulsen bestrahlten. Die Pulsdauer betrug nur noch f�nf millionstel einer milliardstel Sekunde (= f�nf Femtosekunden). Diese Pulse treffen die Atome so abrupt, dass Elektronen vor dem Aussenden der R�ntgenstrahlen nicht aus den Atomen gerissen werden k�nnen. Dank dieser extrem kurzen Wechselwirkungszeit schafften es die Forscher nicht nur die Nanometerbarriere zu durchsto�en, ihre R�ntgenstrahlenquelle d�rfte auch erstmalig R�ntgenpulse mit einer Pulsdauer von k�rzer als 0,1 Femtosekunden (= 100 Attosekunden) realisieren. Der von der neuen Quelle gelieferte R�ntgenstrahl ist gegenw�rtig noch zu schwach f�r praktische Anwendungen. Aber die Forscher sind �berzeugt, dass technische Verbesserungen die Leistung der R�ntgenstrahlen um einige Gr��enordnungen erh�hen werden. Wenn dieses Kunstst�ck gelungen ist, sind die Forscher �berzeugt, dass das neue "Werkzeug" v�llig neue M�glichkeiten auf verschiedenen Gebieten der Physik, Biologie und Materialwissenschaften bieten wird.

Quelle: Pressemitteilung Max-Planck-Gesellschaft

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