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05.10.2005

Physik-Nobelpreis 2005 an Theodor W. Hänsch


Der deutsche Physiker Theodor W. Hänsch sowie die US-Amerikaner Roy J. Glauber und John L. Hall erhalten den diesjährigen Nobelpreis für Physik für ihre Beiträge zur Entwicklung der Spektroskopie. Die Auszeichnung ist wie im Vorjahr mit zehn Millionen schwedischen Kronen (1,1 Mio. Euro) dotiert. Hänsch und Hall teilen sich eine Hälfte der Auszeichnung "für ihre Beiträge zur Entwicklung der auf Laser gegründeten Präzisionsspektroskopie, einschließlich der optischen Frequenzkammtechnik". Glauber bekommt die andere Hälfte des Preises für Beiträge zur Quantentheorie der optischen Kohärenz.

Professor Hänsch wird damit für Arbeiten ausgezeichnet, die er Ende der 1990er-Jahre am Max-Planck-Institut in Garching bei München ausführte: die Entwicklung eines optischen "Frequenzkamm-Synthesizers", der es erstmals ermöglicht, die Zahl der Lichtschwingungen pro Sekunde genau zu zählen. Solche optischen Frequenzmessungen können millionenfach genauer sein als herkömmliche spektroskopische Bestimmungen der Wellenlänge von Licht.

Motiviert wurden die Garchinger Arbeiten durch Experimente zur hoch genauen Laserspektroskopie des Wasserstoffatoms. Dieses Atom ist besonders einfach aufgebaut. Aus der präzisen Bestimmung seiner Spektrallinien lassen sich daher Schlüsse auf die Gültigkeit von Naturkonstanten ziehen - zum Beispiel, ob sie sich im Laufe der Zeit langsam ändern. Doch Ende der 1980er-Jahre hatte die Laserspektroskopie am Wasserstoff bereits eine Genauigkeit erreicht, die sich durch interferometrische Messungen optischer Wellenlängen nicht mehr steigern ließ.

Die Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik sannen daher nach neuen Methoden und entwickelten den optischen Frequenzkamm-Synthesizer - so genannt, weil er aus ursprünglich einfarbigen ultrakurzen Lichtpulsen ein Lichtspektrum erzeugt, das aus Hunderttausenden scharfer Spektrallinien mit einem festen Frequenzabstand besteht.

Ein solcher Frequenzkamm ist wie eine Art Lineal: Soll die Frequenz einer bestimmten Strahlung bestimmt werden, so vergleicht man sie mit den extrem scharfen Spektrallinien des Kamms, bis man die "passende" findet. Für die Entwicklung dieses "Messinstruments" erhielt Professor Hänsch bereits 1998 den Philipp Morris Forschungspreis.

Eine der ersten Anwendungen dieser neuartigen Lichtquelle war die Bestimmung der Frequenz der sehr schmalen ultravioletten Wasserstofflinie aus dem 1S-2S-Übergang. Sie kann mittlerweile auf 15 Stellen hinter dem Komma genau angegeben werden.

Der Frequenzkamm dient heute in zahlreichen Labors weltweit als Basis für optische Frequenzmessungen. Die Firma Menlo Systems, eine Ausgründung des Garchinger Max-Planck-Instituts, liefert seit 2002 kommerzielle Frequenzkamm-Synthesizer an Laboratorien in der ganzen Welt.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft




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