Je kürzer, desto genauer

In den knapp 120 Jahren seit ihrer Entdeckung ist der Einsatz von Röntgenstrahlen zur Erforschung der Materie ständig optimiert worden; heute ist es möglich, Objekte mit einer Länge von 1 Angström (= 0,1 nm, entspricht etwa einem Atomradius) abzubilden. Je kürzer die Blitze sind und je schneller sie aufeinander folgen, desto mehr Informationen können die Detektoren empfangen, und desto genauer kann der Computer den Untersuchungsgegenstand, z.B. ein einziges Arzneistoffmolekül, bildlich darstellen.

Bereits vor drei Jahren wurde eine Streak-Kamera (auch: Schmierbildkamera) vorgestellt, die 600 Milliarden Aufnahmen pro Sekunde machte, also fast jede Pikosekunde eine Aufnahme. Inzwischen sind die Physiker weit in den Femtobereich vorgedrungen. Die jeweilige Pulsdauer müssen sie nicht aufgrund der Anzahl der Blitze in einem bestimmten Zeitraum schätzen, sondern sie können sie direkt messen und im Verlauf eines solchen ultrakurzen Pulses sogar noch verschiedene Intensitäten feststellen, indem sie parallel zum Röntgenstrahl einen Infrarot-Laserstrahl durch die Versuchsanordnung schicken. Dabei schlägt der Röntgenstrahl in einem Fast-Vakuum, das nur einige Neon-Atome enthält, Elektronen aus dem Atom, die dann vom elektrischen Feld des Laserstrahls nacheinander unterschiedlich abgelenkt werden und etwas zeitversetzt den Detektor erreichen.

Nach wiederholten Messungen bestimmte ein Team um Reinhard Kienberger und Wolfram Helml vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching (MPQ) die durchschnittliche maximale Pulslänge von ultrakurzen Röntgenblitzen mit rund 4,4 Femtosekunden, d.h. 4,4 Millionstel einer Nanosekunde (= Milliardstel Sekunde). 

Quelle: Helml W, et al. Measuring the temporal structure of few-femtosecond free-electron laser X-ray pulses directly in the time domain. Nature Photonics; Epub 24.11.2014