Roy Glauber
05. Oktober 2005 Die Zeit ist unter allen physikalischen Grundgrößen wohl die rätselhafteste. Dennoch gibt es heute nichts, was sich genauer messen läßt als Zeit. Die Präzision moderner Atomuhren ist so groß, daß man auch die Längeneinheit Meter nicht mehr anhand eines in einem Pariser Tresor aufbewahrten Urmeters definiert, sondern über den Umweg der Zeit: Seit 1983 ist ein Meter definiert als genau die Strecke, die Licht im 299 792 458sten Bruchteil einer Sekunde durcheilt.
Die genauesten Zeitmesser sind Atomuhren, in denen Elektronen in der Hülle von Cäsiumatomen schwingen wie die Pendel einer Standuhr - nur eine Milliarde Mal so schnell.
Neugier und Lust
Wenn nun Uhren, die noch tausendmal so genau gehen, heute nichts Grundsätzliches mehr im Wege steht, so ist das einer Entwicklung zu verdanken, für die Theodor W. Hänsch vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München und John L. Hall vom National Institute of Standards and Technology in Boulder (Colorado) mit einer Hälfte des diesjährigen Physik-Nobelpreises ausgezeichnet werden.
Wie bei den meisten der wirklich wichtigen Entdeckungen waren es aber nicht so sehr praktische Ziele wie die Steigerung der Genauigkeit der Satellitennavigation durch ein präziseres Zeitnormal, welche die Forscher motivierten. Es war reine Neugier und die Lust, Grenzen zu überwinden. Im Fall von Hänsch und Hall war es die Grenze, die der Messung von Frequenzen sichtbaren Lichtes gesetzt war. Denn dieses schwingt tausendmal so schnell wie eine heute übliche Atomuhr.
Wie ein Pingpongball
Um solche hochtourigen Schwingungen dennoch auszählen zu können, ersann Hänsch einen Versuchsaufbau, der ihm und seinen Mitarbeitern gewissermaßen als quantenoptisches Untersetzungsgetriebe dient - den sogenannten Frequenzkamm, der von Hall dann perfektioniert wurde.
Dabei wird mittels Spiegel und Verstärkermedium ein Bündel aus stehenden Laserlichtwellen erzeugt. Dieses Licht wird wie ein Pingpongball hin- und hergespiegelt, wobei einer der Spiegel halbdurchlässig ist, so daß bei jedem Treffer eine Kopie entkommen müßte. Doch die Gesetze der Quantentheorie verkoppeln die entweichenden Lichtwellen mit den gefangenen, so daß im Endeffekt ein Zug aus kurzen Lichtimpulsen entweicht. Jeder davon ist nur wenige Femtosekunden (Milliardstel einer Mikrosekunde) lang und kann damit nicht mehr als ein paar Schwingungen enthalten.
Extrem genau bestimmbar
Dieser Zeitverlauf hat skurrile Folgen, wenn man das Lichtsignal nun in seine Spektralfarben zerlegt - eine Operation, die mathematisch „Fourier-Transformation“ heißt: Das Spektrum präsentiert sich als „Kamm“ aus vielen extrem scharf definierten Spitzen, anhand deren man eine weniger genau bekannte Frequenz, etwa die eines Laborlasers, durch Vergleich extrem genau bestimmen kann.
Theodor Hänsch
Das in der Fachwelt seit langem bejubelte und nun auch vom Nobelkomitee gewürdigte Verfahren ist durch die moderne Lasertechnik möglich geworden, hat aber auch die Entwicklung einer Quantentheorie für Gruppen von Lichtteilchen erfordert, wie sie die Wellen in Lasern ja auch sind. Zu dieser Entwicklung hat der amerikanische Wissenschaftler Roy Glauber von der Harvard University maßgeblich beigetragen, wofür ihm das Nobelkomitee die andere Hälfte des diesjährigen Physik-Nobelpreises zuerkannt hat.
Text: F.A.Z., 05.10.2005, Nr. 231 / Seite 38
Bildmaterial: AP, F.A.Z.
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