Physiknobelpreis für Laserforschung

Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr an den US-Amerikaner Arthur Ashkin, den Franzosen Gerard Mourou und an die Kanadierin Donna Strickland. Sie werden für ihre „bahnbrechenden Entdeckungen“ im Fach Laserphysik ausgezeichnet.

Wie die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mitteilte, erhält Ashkin (96) eine Hälfte des Nobelpreises für die Entwicklung optischer Pinzetten und ihre Anwendung in biologischen Systemen. Die andere Hälfte erhalten Mourou (74) und Strickland (59) für ihre Methode zur Erzeugung von hochintensiven, ultrakurzen optischen Pulsen.

Laser für Augenoperationen

Von der Erfindung, die Mourou und Strickland gemeinsam erarbeiteten, profitieren Millionen Patienten weltweit. Metallstents etwa, die Blutgefäße am Herzen offen halten sollen, werden damit produziert. Am bekanntesten dürfte die Abtragung von Hornhaut durch Laser sein, die weltweit millionenfach vorgenommen wird. Künftig könnten auch neue Medikamente, effizientere Solarzellen und bessere Katalysatoren erzeugt werden, betonte das Komitee. „Es gibt unzählige Einsatzbereiche, die noch nicht vollständig erforscht sind.“

Bis zu den Entwicklungen der Forscher galt es als Science-Fiction, die Kraft des Lichts zu nutzen. In der US-Serie „Star Trek“ etwa verfügt das Raumschiff über einen Traktorstrahl, mit dem sich Objekte festhalten und bewegen lassen. Die von Ashkin entwickelten optischen Pinzetten kommen dieser Vorstellung in der Realität zumindest nahe.

Projektion aus der Wissenschaftsakademie in Stockholm: Die drei Physiknobelpreisträger(innen) des Jahres 2018

APA/AFP/TT News Agency/Hanna FRANZEN

Die Laureaten und die Laureatin im Fach Physik

Ashkin begann in den 1960er Jahren unmittelbar nach der Entwicklung des ersten Lasers mit der Erforschung der Lichtkraft. Er erkannte zunächst, dass sich mit Laserstrahlen winzige Kügelchen bewegen lassen. Diese sammelten sich stets in der Mitte des Laserstrahls.

Über den Einbau einer Linse gelang es Ashkin, die Kügelchen zu fixieren: Die Lichtfalle war erfunden. Zahlreiche Experimente später ließen sich selbst einzelne Atome mit der optischen Pinzette greifen. Ashkin studierte in den folgenden Jahren Bakterien, Viren und lebende Zellen mit der Methode.

Licht als Werkzeug

Zahlreiche Anwendungen basierten auf den Entwicklungen von Ashkin, heißt es in der Begründung des Nobelkomitees. Sie ermöglichen es, Objekte zu beobachten, zu drehen, zu schneiden, zu stoßen und zu ziehen. In vielen Labors würden solche Laserpinzetten eingesetzt, um biologische Phänomene zu untersuchen, etwa Proteine, molekulare Motoren, DNA und das Innenleben von Zellen. „Es geht um die Basis des Lebens, um das, was in den Zellen passiert“, sagte Heiner Linke, Mitglied der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, der mit über die diesjährigen Preisträger abgestimmt hat.

Der mit 96 Jahren bisher älteste Nobelpreisträger reagierte gelassen auf die Würdigung seines Lebenswerks. Er sagte dem Nobelkomitee, er könne wohl keine Interviews geben, er sei sehr beschäftigt mit seiner aktuellen Veröffentlichung.

„Das ist verrückt“

Ausgelassener reagierte Strickland auf den Anruf des Komitees: "Zuerst muss man denken: Das ist verrückt." Strickland ist erst die dritte Frau, die mit einem Physiknobelpreis ausgezeichnet wird - 55 Jahre nach der letzten Preisträgerin Maria Goeppert Mayer (1963). Marie Curie hatte 1903 einen Physiknobelpreis bekommen. „Wir müssen Physikerinnen feiern, denn es gibt sie da draußen“, sagte Strickland in einem Telefonat mit der Akademie. „Ich fühle mich geehrt, eine dieser Frauen zu sein.“

Strickland und Mourou entwickelten in den 1980er Jahren in den USA ein Verfahren, Laserpulse zu verkürzen und zu verstärken. Damit bereiteten sie „den Weg für die kürzesten und intensivsten Laserpulse, die je von der Menschheit geschaffen wurden“, so das Nobelkomitee. „Man nimmt einen kurzen Laserpuls, dehnt ihn in der Zeit aus, verstärkt ihn und presst ihn wieder zusammen“, fassen die Juroren das Prinzip knapp zusammen.

Schon in der ersten Version steigerte diese Verstärkung gechirpter Pulse (Chirped Pulse Amplification; CPA) die Energieintensität um mehrere Größenordnungen. Kurz danach wurden die Laserstrahlen noch deutlich verstärkt.

Jubel in Paris

Das Verfahren kann dazu genutzt werden, extrem schnell ablaufende Prozesse auf molekularer oder atomarer Ebene zu verfolgen. Zudem können Laserstrahlen dieser Intensität Materie verändern. Damit können präzise Löcher in diverse Materialien gebohrt werden. Zudem könne man Daten so nicht nur auf der Oberfläche eines Materials speichern, sondern in dem Material selbst.

An der berühmten Pariser Ingenieurhochschule Ecole Polytechnique war der Jubel am Dienstag groß. Mourou sei „begeistert und überrascht zugleich“, hieß es aus seiner Umgebung. „Wir sind stolz auf Gerard Mourou (...)“, twitterte Staatschef Emmanuel Macron.

Im vergangenen Jahr zeichnete die Nobeljury Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne aus. Die drei US-Physiker hatten maßgeblichen Anteil am ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen.

Medizinpreis für Immuntherapie

Am Montag gab das Karolinska-Institut in Stockholm die Preisträger im Fach Medizin bekannt. Dieses Jahr wurden der US-Amerikaner James Allison und der Japaner Tasuku Honjo für die Entwicklung einer Immuntherapie gegen Krebs ausgezeichnet. Sie hatten entdeckt, dass bestimmte Proteine als eine Art Bremse auf das Immunsystem wirken - und wie man diese Bremse wieder lösen kann.

Am Mittwoch wird der Preisträger in Chemie mitgeteilt, den Friedensnobelpreis gibt eine Jury am Freitag in Oslo bekannt. Wer den Preis in Wirtschaft bekommt, erfährt die Welt am kommenden Montag. Die Vergabe des Literaturnobelpreises ist für dieses Jahr nach einem Belästigungs- und Korruptionsskandal abgesagt worden.

Die Auszeichnungen sind mit je neun Millionen schwedischen Kronen (etwa 870.000 Euro) dotiert und werden am 10. Dezember, dem Todestag von Preisstifter Alfred Nobel, überreicht.

science.ORF.at/dpa

Die Physiknobelpreise der letzten Jahre: