Robert Klatt
Ultrahelles Licht, das auch als kohärentes Licht bezeichnet wird, kann bisher nur mit komplexen Maschinen erzeugt werden. Physiker haben nun eine deutlich einfachere Methode entdeckt, die auch in der Medizin verwendet werden könnten.
Lissabon (Portugal). Ultrahelles Licht, das in der Physik auch als eine Art kohärentes Licht bezeichnet wird, kann aktuell nur mit Maschinen wie der Linac Coherent Light Source II (LCLS-II) der Stanford University erzeugt werden. Es handelt sich dabei um einen etwa drei Kilometer langen X-Ray Free-Electron Laser (FEL), der bis zu einer Million Röntgenpulse in der Sekunde erzeugen kann.
Ultrahelles Licht zeichnet sich dadurch aus, dass die Photonen darin sich synchron bewegen. Forscher der Universität Lissabon vergleichen das Verhalten der Teilchen mit einem fein abgestimmtes Orchester. Bei anderen Lichtquellen, etwa Sonnenlicht, die als inkohärentes Licht bezeichnet werden, bewegen sich die Photonen hingegen unabhängig voneinander. Inkohärentes Licht lässt sich deshalb mit einem falsch eingestellten Radio vergleichen, das primär statisches Rauschen empfängt.
In der Wissenschaft ist die Synchronizität des kohärenten Lichts vor allem von Bedeutung, weil durch diese schnelle, intensive Impulse entstehen. Die Impulse haben lediglich die Dauer eines Tausendstels eines Millionstels einer Milliardstel-Sekunde (Atto-Sekunde).
Forscher der Universität Lissabon haben laut einer Publikation im Fachmagazin Nature Photonics nun eine Methode entdeckt, die es erlaubt, kohärentes Licht ohne FEL zu erzuegen. Sie haben dazu die Eigenschaften von Quasiteilchen, die aus mehreren Elektronen bestehen und sich synchron zueinander bewegen, mithilfe einer komplexen Computersimulation ermittelt.
Die untersuchten Quasiteilchen entstehen, wenn eine Ansammlung von Teilchen sich so verhält, dass sie als Gesamtteilchen angesehen werden können. Laut den Physikern um B. Malaca und J. Vieira können diese Quasiteilchen theoretisch der Gravitation eines schwarzen Lochs standhalten und sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Zudem können Quasiteilchen laut der Simulation eine neue Lichtquelle bilden. Weil der Ansatz, Quasiteilchen als Lichtquelle zu verwenden, verhältnismäßig simpel ist, kann er für Demonstrationen in bestehenden Laser- und Beschleunigeranlagen verwendet werden. Bislang handelt es sich bei der neuen Lichtquelle aber noch um eine Theorie, die nicht experimentell untersucht wurden.
In Zukunft könnte die neue Technik zudem in der Medizin, etwa in der Strahlentherapie Anwendung finden und die Produktion von Computerchips einfacher und günstiger machen. Auch die Nutzung in der Astronomie, etwa um die Materie von Objekten im Weltraum zu untersuchen, ist denkbar.
Nature Photonics, doi: 10.1038/s41566-023-01311-z
