Atto-Pulse unter der Lupe
Zirkulare Polarisierung ermöglicht Attosekunden-genaue Bestimmung von FEL-Pulsen.
Freie-
Abb.: Ultrakurze Röntgenpulse (rosa) ionisieren Neongas im Zentrum des Rings. Ein Infrarotlaser (orange) lenkt die Elektronen (blau) auf ihrem Weg zu den Detektoren ab. (Bild: T. Anderson / SLAC)
Ein von Physikern der Technischen Universität München (TUM) angeführtes internationales Team hat nun eine Lösung gefunden: Mit einem zirkular polarisierten Infrarotlaser und einem Ring aus 16 Detektoren können sie den zeitlichen Verlauf und die Energie jedes Pulses präzise messen. Damit werden die Ergebnisse der einzelnen Pulse vergleichbar.
„Eine Attosekunde verhält sich zu einer Sekunde in etwa wie eine Sekunde zum gesamten Alter des Universums“, sagt Reinhard Kienberger, Professor für Laser- und Röntgenphysik an der TU München. „Doch die energetischen Änderungen in einem Molekül während einer Reaktion sind so unglaublich fein und schnell, dass wir nur mit solch extrem kurzen Pulsen etwas sehen.“
In seinem Experiment benutzte das Forschungsteam Röntgenblitze der Linac Coherent Light Source in Menlo Park (USA). In der Probenkammer schlagen sie aus Neon-
Die zirkulare Polarisierung des Infrarotpulses gibt dem Elektron nun zusätzlich noch eine Richtung. Mit einem Ring aus 16 Detektoren sind daher Energie und Dauer des ursprünglichen Röntgenpulses wie auf dem Zifferblatt einer Uhr mit Attosekundengenauigkeit bestimmbar. Die Information sowohl über die Energieverteilung als auch über die zeitliche Pulsstruktur soll es künftig erlauben, ganz spezifisch einzelne Reaktionsstellen in komplizierteren Molekülen anzusprechen und deren Einfluss auf den Verlauf der Veränderungen während der Reaktion in Echtzeit zu verfolgen.
„Diese Technik kann nun auch dazu verwendet werden, die Entwicklung der FELs selbst voranzutreiben“, sagt Wolfram Helml, Leiter des Forschungsteams. „Wir erhalten eine sofortige Rückmeldung über die Pulsstruktur, während der FEL durchgestimmt wird. So können wir gezielt Röntgenblitze mit ganz bestimmter Dauer oder energetischen Eigenschaften erzeugen.“
Von besonderem Interesse ist die neue Technik auch für Forschungsarbeiten am neuen European X-
TUM / DE