Physik: Pioniere der Lasertechnik | Wissen & Umwelt | DW | 02.10.2018
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Wissen & Umwelt

Physik: Pioniere der Lasertechnik

Barcode-Scanner oder Augenoperationen - Laser sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Die drei Nobelpreisträger haben diese Technik revolutioniert. Das Besonder in diesem Jahr: Donna Strickland.

Marie Curie 1903, Maria Goeppert-Mayer 1963 und jetzt Donna Strickland. Und damit endet die Liste der Frauen auch schon, die jemals einen Physiknobelpreis erhalten haben. "Oh, ich dachte, es seien mehr gewesen", antwortete Donna Strickland in der Nobelpreis-Pressekonferenz auf die Frage, wie sie sich als dritte weibliche Nobelpreisträgerin fühle. Und sie fügte hinzu: "Wir sollten die Frauen in der Physik feiern, denn es gibt sie tatsächlich." 

Donna Strickland von der Universität Waterloo in Kanada erhält gemeinsam mit Gérard Mourou von der École Polytechnique im französischen Palaiseau eine Hälfte des Physiknobelpreises, für die Entwicklung einer Technik, um hochintensive ultrakurze Laserpulse zu erzeugen. Die andere Hälfte geht an Arthur Ashkin von den Bell Laboratories im US-Staat New Jersey für die Entwicklung der optischen Pinzette, mit der sich biologische Proben untersuchen lassen.

"Überfällig und zeitgemäß"

Die Entdeckung, für die sie jetzt mit dem Physiknobelpreis geehrt wird, machte Donna Strickland schon während ihrer Doktorarbeit in den 1980er Jahren. Das sei gar nicht so ungewöhnlich, meint Rana Ashkar, Physikerin am Polytechnischen Institut der Virginia State University in den USA. "Viele Frauen haben bemerkenswerte Entdeckungen in einer sehr frühen Phase ihrer Karriere gemacht. Nur wurden sie meistens komplett übersehen." 

Die Verleihung des Physiknobelpreises an eine Frau folgt einer erhitzten Diskussion über Gender-Probleme in der Wissenschaft. "Die Physik wurde von Männern erfunden und aufgebaut", sagte der 48-jährige Alessandro Strumio erst vor wenigen Tagen bei einer CERN-Veranstaltung und löste damit einen Sturm der Entrüstung aus. "Nach dieser Katastrophe ist es beruhigend zu wissen, dass es durchaus Leute gibt, die finden, dass Frauen genauso wie Männer exzellente Wissenschaft betreiben können", sagt Ashkar gegenüber der DW. Die Auszeichnung einer Frau sei "überfällig und zeitgemäß" gewesen. 

Frauen noch immer in der Unterzahl

"Es ist außerordentlich erfreulich, dass eine Frau den Physiknobelpreis erhält", sagt auch Dieter Meschede, Physikprofessor an der Uni Bonn und Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. "Wir hoffen, dass das irgendwann zur Selbstverständlichkeit wird." Gleichzeitig weist er daraufhin, dass es quasi ein "natürliches Limit" gebe, was die Frauenquote unter Physiknobelpreisträgern betrifft: Immerhin seien nur etwa zehn Prozent der höheren Positionen an Physiklehrstühlen mit Frauen besetzt.

Noch immer machten Frauen nur einen "kleinen Prozentsatz" unter den Nominierten für den Physiknobelpreis aus, bedauerte auch Göran Hansson, Generalsekretär der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften. Eigentlich nicht erstaunlich: Denn die Quote reflektiert nicht den Prozentsatz der Frauen in der Physik heute, sondern vor etwa 20, 30 Jahren, fügt Olga Botner vom Nobelpreiskomitee hinzu. Damals waren Frauen in der Physik noch stärker in der Minderheit als heute.

Laser für die Forschung und für Augen-OPs

"Ich fürchte, ich habe nichts geschaffen, was für irgendjemanden einen praktischen Nutzen hätte", sagte Donna Strickland sehr bescheiden im Live-Interview bei der Nobelpreis-Pressekonferenz in Stockholm. Und das, nachdem das Nobelpreiskomitee sich zuvor bemüht hatte, den anwesenden Journalisten klarzumachen, dass es durchaus viele praktische Anwendungen gebe.

Beispielsweise die Korrektur von Kurzsichtigkeit mit Lasern. Wer seine Brille satt ist und sich für einen Eingriff entscheidet, profitiert von der Technik, die Donna Strickland vor mehreren Jahrzehnten entwickelte. Auch zur Metall- und Glasbearbeitung wird die Methode eingesetzt.

Zusammen mit ihrem damaligen Doktorvater, ihrem Co-Laureaten Gérard Mourou, arbeitete Strickland daran, kurze Laserpulse mit sehr hoher Energie zu erzeugen. Das Problem: Solch hohe Energien zerstören die Kristalle, die gebraucht werden, um das Licht zu verstärken und den Laserstrahl überhaupt erst zu erzeugen. Man konnte daher die Leistung der Laserpulse lange Zeit nicht weiter steigern. "Das war wie eine Wand", sagt Dieter Meschede im DW-Interview.

Indem Donna Strickland den Laserstrahl nach seinen Wellenlängen, also Farben, auffächerte, schickte sie das Licht nicht mit einem Stoß, sondern nach und nach durch den Verstärker. Dieser bekam dadurch nie zu viel Energie auf einmal ab und ging nicht kaputt.

Die heute weltweit eingesetzte Methode der "Chirped Pulse Amplification" (CPA) war erfunden. "Ohne sie hätten wir heute nicht diese riesigen Leistungen bei Lasern", sagt Meschede. 

Pinzetten aus Licht

Die andere Hälfte des Nobelpreises geht an Arthur Ashkin. Auch er brachte das Feld der Lasertechnik voran, allerdings in anderer Weise als Strickland und Mourou. Er eröffneteeine völlig neue Anwendung für Laserlicht.

Im Jahr 1987 fing Ashkin erstmals lebende Bakterien mit Laserlicht ein. Er hob sie mit Laserlicht hoch, um sie genauer zu studieren, ohne sie dabei zu beschädigen. Das funktioniert ähnlich, als würde man einen Ping-Pong-Ball mit dem Luftstrom aus einem Haarföhn in der Luft halten und hin und her blasen. Mit dieser Methode lassen sich Viren, Bakterien und Zellen untersuchen, aber auch große Moleküle. Da man sie quasi mit Licht anfasst und hochhebt, heißt die Technik auch "optische Pinzette".

"Wir können damit die mechanischen Eigenschaften von DNA untersuchen, beispielsweise ihre Biegsamkeit ", erklärt Physikerin Rana Ashkar. Dasselbe gilt für Kunststoffe. "Ich benutze optische Pinzetten zwar nicht selbst, aber ich verwende viele Daten, die aus solchen Arbeiten resultieren." Ashkar forscht an biologischen Membranen und neuen, ultradünnen Materialien.

Dieter Meschede benutzt selbst optische Pinzetten, und zwar, um die Quantenmechanik von Molekülen zu untersuchen. "Wir müssen die Moleküle von der Umgebung isolieren, durch nicht-materielle Wände", erklärt er. Letztendlich sollen seine Arbeiten dabei helfen, einen Quantencomputer zu entwickeln, einen neuen, extrem leistungsfähigen Computer, der auf den Gesetzen der Quantenmechanik beruht.

Sowohl Rana Ashkar als auch Dieter Meschede sind sich einig, dass alle drei Nobelpreisträger den Preis durch und durch verdient haben. "Es ist ein ganz neues Wissenschaftsgebiet entstanden - das wäre ohne die Fortschritte in der Lasertechnik, die die drei erzielt haben, nie möglich gewesen", versichert Ashkar. 

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