Lectures / 26/11/2018 7:30 pm

Was die Welt im Innersten in Bewegung hält …

In der Welt der kleinsten Teilchen geht alles sehr schnell. Das hat etwas damit zu tun, dass diese kleinsten Bestandteile der uns umgebenden Welt, die Elektronen, sehr leicht sind und daher eine äußerst geringe Trägheit besitzen. Zugleich gelten für diese submikroskopischen Teilchen die Bewegungsgesetze der Quantenmechanik, die unserem klassisch geschulten Verstand intuitiv schwer zugänglich sind. Zum Beispiel besagen diese Quantenregeln, dass man niemals die Position und die Geschwindigkeit eines Teilchens zur gleichen Zeit exakt kennen kann. Nichtsdestotrotz bestimmen die genauen Positionen und Bewegungszustände dieser submikroskopischen Teilchen sämtliche Eigenschaften unserer alltäglichen Lebenswelt, von den profanen Merkmalen unserer Gebrauchsgegenstände bis zu den exotischen Erscheinungen in den Tiefen des Universums, und letztlich auch die staunenswerten Vorgänge in unseren eigenen menschlichen Körpern.

Wir beschäftigen uns in unseren Messungen genau mit diesen allgegenwärtigen, ultraschnellen Prozessen. Die von uns betrachteten Vorgänge laufen auf Zeitskalen ab, die in Attosekunden gemessen werden. 1 Attosekunde (1 as) entspricht 10-18 Sekunden, das heißt, es ist in Sekunden ausgedrückt eine Zahl mit siebzehn Nullen hinter dem Komma: 0,000 000 000 000 000 001!!

Auf dieser ultraschnellen Zeitskala geht selbst die genaueste heute verwendete Uhr, die typische Cäsium- Atomuhr, so ungenau, dass es ist als wollte man eine Zeitspanne von 1 Sekunde mit einem Kalender messen! Plakativ kann man sagen, dass eine Attosekunde so viel kürzer als eine Sekunde ist, wie eine Sekunde kürzer als das gesamte Alter unseres Universums.

Um diese Bewegungen trotzdem messen zu können, bedarf es also viel besserer Stoppuhren. Eine Möglichkeit so eine ultraschnelle Stoppuhr zur Verfügung zu stellen ist es, die Schwingungen des Lichtes selbst als eine Art Metronom zu verwenden. Damit kann man sozusagen eine Kamera mit extrem kurzer Belichtungszeit bauen - in der Fachsprache nennt man das eine „Streaking-Kamera“.

Die Grundlagen, wie diese Streaking-Kamera funktioniert und warum wir zur Bestimmung extrem kurzer Vorgänge Röntgenblitze brauchen, werde ich in meinem Vortrag erläutern, um anschließend in gemeinsamem Diskurs zu erörtern, was wir uns erhoffen mit diesen Messungen verstehen zu können.