100 Trilliarden Watt pro Quadratzentimeter

Für einen winzigen Bruchteil einer Sekunde ist es extrem heiß geworden auf einer winzigen Fläche im Laserlabor des Center for Relativistic Laser Science (CoReLS) des Institute for Basic Science in Südkorea. Auf einer Fläche von etwas mehr als einem Quadrat-Mikrometer haben die Laserphysiker Laserpulse mit einer Intensität von 100 Trilliarden Watt pro Quadratzentimeter geschickt. Das entspricht in etwa einer Fokussierung des gesamten auf die Erde treffenden Sonnenlichts auf nur einen hundertstel Quadrat-Millimeter. Diese Bündelung der Lichtintensität mit Lasertechnologie ist Weltrekord!

Rund 17 Jahre hatte die alte Bestmarke Bestand: Seit der Demonstration eines Lasers mit einer Intensität von 1022 Watt pro Quadratzentimeter (W/cm2)durch ein Team der University of Michigan im Jahr 2004 wird an der Realisierung von Laserintensitäten über 1023 W/cm2 gearbeitet. Während Dauerstrichlaser auf eine Intensität im Megawattbereich begrenzt sind, sind bei gepulsten Lasersystemen weitaus höhere Spitzenleistungen möglich, indem die Energie in wenigen Femtosekunden (Millionstel einer milliardstel Sekunde, 10-15s) abgegeben wird.

Im Laserlabor des Center for Relativistic Laser Science (CoReLS) des Institute for Basic Science in Südkorea.

Den koreanischen Physikern lieferte ein vier Petawatt starker Titan-Sapphir-Laser die Ausgangs-Laserpulse. Um die Energie seiner Femtosekunden-Laserpulse zu erhöhen, nutzte das Team mehrere Verstärker. Dadurch wurde der Laserstrahl bis auf 28 Zentimeter Durchmesser aufgeweitet und seine Pulslänge bis auf einen Nanometer gedehnt. Nun musste diese Länge so komprimiert werden, dass die Pulsdauer wieder Femtosekunden-Länge erreichte. Ebenso ergaben sich Wellenfront-Verzerrungen, die die Forscher mit Hilfe von Spiegeln korrigierten. Anschließend wurde das Licht von einem Parabolspiegel wieder fokussiert. Die Strahlweite verringerte sich auf nur noch 1,1 Mikrometer im Durchmesser.

„Mit der höchsten jemals erreichten Laserintensität können wir neue Bereiche der experimentellen Wissenschaft angehen, insbesondere die Starkfeld-Quantenelektrodynamik, die bisher hauptsächlich von Theoretikern behandelt wurde“, freut sich Prof. Nam Chang Hee, der Direktor von CoReLS. „Wir können ebenso Probleme der Elektron-Photonen-Streuung und Photonen-Photonen-Streuung erforschen, die in direktem Zusammenhang mit verschiedenen astrophysikalischen Phänomenen auftreten“, erläutert Chang Hee.