Auf zu neuer Physik mit ELI
Die Erzeugung kurzer, hochintensiver Laserpulse soll den Weg zu Experimenten in bisher unzugänglichen Bereichen der Physik ebnen.
Die Erzeugung kurzer, hochintensiver Laserpulse soll den Weg zu Experimenten in bisher unzugänglichen Bereichen der Physik ebnen.
Das europäische Großprojekt ELI (Extreme Light Infrastructure) soll zur Entwicklung von neuartigen Kurzpulslasern dienen. Über drei der vier Standorte in Prag (Tschechien), Magurele bei Bukarest (Rumänien) und Szeged (Ungarn) werden neue EU Mitgliedsstaaten an dem Projekt beteiligt sein. Die Planungsphase läuft bis Ende des Jahres 2010, danach wird mit dem Bau begonnen. Toshiki Tajima, Dietrich Habs und Gérard Mourou geben in der aktuellen Ausgabe von Optik & Photonik einen Überblick über neue Physik, die mit ELI erreichbar werden soll.
Laserpulse im Zeptosekundenbereich (10-21 s) sowie Intensitäten über 1024 W/cm2 werden vollkommen neue Experimente und Anwendungen ermöglichen. Auf der angewandten Seite des Spektrums an Verwendungsmöglichkeiten für solche Laserpulse findet man hochenergetische Elektronen- und Ionenstrahlen, die durch Wakefield Acceleration erzeugt werden. Solche Teilchenstrahlen bieten sich sowohl für die Tumortherapie in der Medizin, wie auch für Diagnosezwecke in den Materialwissenschaften an.
Auch wird durch Comptonstreuung die Erzeugung intensiver, schmalbandiger Gammastrahlen möglich. Diese eröffnen eine Möglichkeit, kontaktlos und präzise den Inhalt von Fässern radioaktiven Abfalls zu katalogisieren. Die genaue Kenntnis der Anteile verschiedener Plutonium- und Uranisotope kann zur Vereinfachung des Endlagerproblems beitragen. Doch auch in der Medizin erschließen brilliante Gammastrahlen neue Therapiemöglichkeiten: Werden zum Beispiel bestimmte Platin-Isotope mittels geeigneter Peptide zu einem Tumor geleitet, so kann durch die Gammastrahlen eine lokale Bestrahlung des Gewebes mit Auger-Elektronen erfolgen. Im Vergleich zur heute üblichen Chemotherapie lässt diese Peptiderezeptor Radionuklidtherapie eine sehr lokalisierte Behandlung zu und schont den Rest des menschlichen Körpers.
Abb.: Entwicklung der maximal verfügbaren Laserintensität mit der Zeit und Forschungsfelder, die sich mit den jeweiligen Intensitäten erschließen lassen.
Doch auch für die Grundlagenforschung wird viel geboten. Aus Sicht der Kern- und Astrophysik kann man gespannt sein, welche neuen schweren Kerne synthetisiert werden können. In einer geeigneten Schichtung aus Thorium und deuteriumversetzten Kohlenstoff ruft der Laserbeschuss durch Beschleunigung der Th-Ionen eine Spaltung derer Kerne hervor. Eine extrem hohe Dichte der beschleunigten Spaltprodukte sorgt für eine hohe Wahrscheinlichkeit der Fusion mit Kernen einer dahinter liegenden Thoriumschicht. Die dabei synthetisierten Isotope konnten bisher noch nicht auf der Erde produziert werden, entstehen jedoch in astrophysikalischen Prozessen bei hohen Dichten und Temperaturen, wie zum Beispiel bei Supernovae. Aus dem Studium dieser Kerne erhoffen sich Wissenschaftler Aufschluss über die Entstehungsprozesse der schweren Elemente im Universum.
Weitere bisher nicht erreichbare Forschungsfelder finden sich in der Hochfeldphysik. Abgesehen von Paarerzeugung wird es möglich sein, die Eigenschaften des Vakuums unter dem Einfluss starker Felder zu studieren und damit Eigenschaften nichtlinearer QED und QCD zu überprüfen.
KK
