P 149: Eine Erfindung, für die man dringend eine Anwendung brauchte (K)

Teil 8: Quanten im Gleichtakt - Laser aus Photonen und Atomen

24. Die Erfindung ohne Anwendung

1953 wurde der MASER von Charles H. Townes (Nobelpreis 1954) erfunden: Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Bei bestimmten Wellenlängen wird eine intensive Mikrowellenstrahlung erzeugt, die man durch keine thermischen Effekte erklären kann.

In der Natur gibt es das schon seit Milliarden Jahren: Gaswolken aus OH-Molekülen zwischen den Sternen senden nach dem MASER-Prinzip intensive Mikrowellenstrahlung aus.

Das Bild zeigt Maserstrahlung von Wassermolekülen, in einer Galaxie (Quasar, durch Gravitationslinsenwirkung der Vordergrundgalaxie mehrfach zu sehen), so weit entfernt, dass das Licht 11,5 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war. Schon damals gab es MASER.

Im Prinzip ist ein MASER also ein Strahlungsverstärker. Sie werden auch in der Radioastronomie zur Verstärkung schwächster Signale eingesetzt.

1960 wurde dann das optische Gegenstück erfunden (Maiman unter Verwendung von Patenten von Gould) der LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Der erste LASER-Strahl wurde in einem Rubinkristall gezündet.

Das war ein toller Laborgag, aber niemand wusste damals, wozu man einen Laser einsetzen könnte.

Nun, heute können wir uns unsere technische Welt kaum noch ohne Laser vorstellen...: Metalle schneiden, Lasercutter, Augenoperationen, CD-Player,....

1962 konnte man dann mit Halbleitern Laser bauen, heute nutzen wir die Laserdiode in jedem CD-, DVD- Spieler, Laserpointer...

Laserpointer zeigt auf Mars

Inzwischen kann man Laser im Attosekundenbereich takten (10^(-18) sec).

In Hamburg ist der XFEL (X-Ray Free Electron Laser) gebaut worden. Auf einer Strecke von 3,4 km unter Hamburg durch wird bei einer Wellenlänge von 0,05 nm ein Röntgenlaserstrahl erzeugt, mit dem man die atomare Struktur eines Virus aufklären kann.

Photonen sind Bosonen, und Rubidiumatome haben den Gesamtspin 0, sind also auch Bosonen. Mit diesen Atomen hat man einen Atomlaser gebaut (Wolfgang Ketterle, 1997, Nobelpreis 2001).