Ultraschneller Tauchgang in die Atome

Attosekunden-Blitze erkunden den Quantenkosmos.

Autor: Thorsten Naeser

Klappentext:

„Als es Wissenschaftlern an der Technischen Universität Wien im Jahr 2001 zum ersten Mal gelang, Lichtblitze zu produzieren, die nur noch Attosekunden¹⁾ dauern, bedeutete dies einen neuen Beginn in den Naturwissenschaften: Die Attosekundenphysik war geboren! Jetzt sollte es möglich sein, Elektronen zu fotografieren und damit dem Mikrokosmos einige seiner am strengsten gehütete Geheimnisse zu entreißen.  Denn was im Inneren der Elektronenhülle von Atomen vor sich geht, war bis dahin experimentell nicht zu beobachten. Mit ultrakurzen Lichtblitzen, die nur wenige Milliardstel einer milliardstel Sekunde¹⁾ dauern, begann man einzutauchen in eine fremdartige, von der Quantenmechanik bestimmte Welt. Spektakuläre Bilder aus dem Inneren von Atomen entstanden. Erstmals konnte man beobachten wie sich Elektronen – etwas nach einer Anregung durch Licht – bewegen. Die Attosekundenphysik ist eine Wissenschaft mit dem Potential, viele weiße Flecken auf der Landkarte des Mikrokosmos mit Farbe zu füllen.

»Ultraschneller Tauchgang in die Atome« erzählt die Geschichte der Attosekundenphysik. Aufbauend auf den Grundlagen der Quantenmechanik und Laserphysik erklärt das Buch, wie Elektronen fotografiert werden, und schildert – anschaulich für an Naturwissenschaften Interessierte – zahlreiche Erkenntnisse, die uns die Attosekundenphysik bis heute eingebracht hat. Wo hin wird der Weg der Erkundung dieser Quantenteilchen führen?

Das Buch stellt auf populärwissenschaftliche Weise die Ultraschnelle Attosekundenphysik dar und bezieht dabei die Grundlagen der Quantenmechanik sowie der Laserphysik mit ein. Adressat ist die naturwissenschaftlich interessierte Öffentlichkeit mit Affinität zur Physik.

Die Welt der Moleküle, Atome und Elektronen strapaziert unsere Vorstellungskraft von Zeit. In Millionsteln einer milliardstel Sekunde²⁾ finden chemische Reaktionen statt. Noch tausend Mal schneller, in Attosekunden, wechseln quantenmechanisch Elektronen ihren Aufenthaltsort in Atomen. Wer diese Elementarteilchen »fotografieren« will, muss ebenso schnell sein. Die Attosekundenphysik bietet die Chance. Dieses noch junge und gleichsam faszinierende Wissenschaftsgebiet stellt Thorsten Naeser, Wissenschaftsjournalist, Fotograf und Öffentlichkeitsreferent am Institut für Attosekundenphysik des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching, in »Ultraschneller Tauchgang in die Atome« erstmals allgemein verständlich vor. Er erzählt die Geschichte der Ultrakurzzeitphotographie, der Quantenmechanik und schließlich der auf modernster Lasertechnologie basierenden Attosekundenphysik. Schnell wird klar: Die Jagd nach immer kürzeren »Belichtungszeiten«, noch winzigeren Sekundenbruchteilen und spektakulären Bildern aus dem Mikrokosmos ist in vollem Gang.“

Presseinformation des Verlags:

Einblick in die Attosekundenphysik.

„Als Wissenschaftler Anfang der 1990er Jahre begannen, Bewegungen von Atomen und Molekülen während chemischer Reaktionen zu fotografieren, hatte das mit klassischer Fotografie nur noch wenig zu tun. Das Prinzip jedoch blieb erhalten: Man nutzt eine kurze Verschlusszeit, um scharfe Bilder zu erhalten. Elektronen bewegen sich innerhalb von Attosekunden. Wer sie fotografieren will, muss ebenso schnell sein. Die Attosekundenphysik bietet diese Chance. Die Jagd nach weitaus kürzeren Belichtungszeiten, noch winzigeren Sekundenbruchteilen und spektakulären Bildern aus dem Mikrokosmos ist in vollem Gang. Thorsten Naeser, Wissenschaftsjournalist, Fotograf und Öffentlichkeitsreferent am Institut für Attosekundenphysik, schafft es in Ultraschneller Tauchgang in die Atome, dieses faszinierende und noch junge Wissenschaftsgebiet allgemein verständlich darzustellen. Das Buch erscheint im November  2013 bei WILEY-VCH.

Bahnbrechende Erfolge: Attosekunden-Blitze erkunden den Quantenkosmos.

Trotz bahnbrechender Erfolge der Attosekundenphysik und dem Nobelpreis für den Ägypter Ahmed Zewail (1999) blieben Fragen unbeantwortet. Was geschieht im Inneren der Elektronenhülle, die den Atomkern umgibt? Wie lassen sich die Bewegungen einzelner Elektronen verfolgen? Gibt es eine Möglichkeit, unsere Vorstellung vom atomaren Aufbau mit Bildern zu überprüfen? Man war sich sicher, dass Prozesse in dieser noch winzigeren Dimension schneller ablaufen als bei den relativ trägen Atomen und Molekülen. Das Buch stellt auf populärwissenschaftliche Weise die ultraschnelle Attosekundenphysik dar und bezieht dabei die Grundlagen der Quantenmechanik sowie der Laserphysik mit ein.

Die Faszination des Lichts und die Technik hinter dem Laser.

Naeser wendet sich mit seinem Sachbuch an eine naturwissenschaftlich interessierte Leserschaft mit Affinität zur Physik ob Schüler, Studierende, Mitarbeiter der Optischen Industrie oder Physiker. So erläutert er anfangs u. a. die Faszination des Lichts bei Newton oder Humboldt, Albert Einstein oder Theodor Hänsch, gibt Einblick in die Technik hinter dem Laser und erklärt die Lasertechnologie zur Erzeugung von Attosekunden. Er nimmt die Leser mit in die Welt der Quanten, geht auf die Geschichte der Ultrakurzzeitfotografie ein, um dann die Dimensionen einer Attosekunde begreifbar zu machen. Darüber hinaus liefert er einen spannenden Blick in die Forschung und blickt im Kapitel Jenseits der Attosekunde auf die noch höhere Zeitauflösung Zeptosekunden.“

Aus dem Inhalt:

Eine Leseprobe:

„…“

Pressestimmen:

Eigene Meinung / Beurteilung des Buches:

…

Fazit:

…

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¹⁾
1 Attosekunde (as): 0,000 000 000 000 000 001 Sekunden = 10^-18 Sekunden.
Eine Attosekunde ist der Milliardste Bruchteil einer milliardstel Sekunde.
1 Femtosekunde (fs): 0,000 000 000 000 001 Sekunden = 10^-15 Sekunden.
Eine Femtosekunde ist der Millionste Bruchteil einer milliardstel Sekunde.
1 Nanosekunde (ns): 1.000 Pikosekunden = 0,000 000 001 Sekunden = 10^-9 Sekunden.

²⁾ 1 Femtosekunde (fs):
„Eine Femtosekunde ist der Millionste einer milliardstel Sekunde, das entspricht 10^-15 Sekunden. Viele chemische Reaktionen spielen sich innerhalb von Femtosekunden ab.“

Bruchteile einer Sekunde:

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Verlag: Wiley-VCH Verlag; 1. Auflage (13. November 2013).
Seitenanzahl: 206 Seiten.
Bindung: Gebundene Ausgabe.
ISBN-10: 3-527-41125-9.
ISBN-13: 9-783527-41125-2.
Preis: EUR 24,90.