Superlupe: Krausz Nobelpreis ganz einfach erklärt

Nicht nur Österreich, auch Ungarn und Deutschland waren gestern in Jubelstimmung: Der am deutschen Max-Planck-Institut forschende austro-ungarische Physiker Ferenc Krausz hat den Nobelpreis für Physik gewonnen. Die Auszeichnung haben er und seine Kollegen Pierre Agostini und Anne L'Huillier für Leistungen in der Attophysik erhalten. Aber was heißt das eigentlich?

Krausz und sein Team haben eine Methode entwickelt, um extrem kurze Lichtblitze zu erzeugen, die nur einige Attosekunden dauern. Mit der Technik lässt sich die Dynamik von Elektronen in Materie studieren​. Durch die Erzeugung ultra-kurzer Lichtimpulse lassen sich Veränderungen innerhalb von Atomen abbilden. Das eröffnet neue Möglichkeiten zur Erforschung der Bewegung von Elektronen in Atomen. Potenziell könnte es auch zur besseren Erkennung von Krankheiten beitragen. 

Eine Attosekunde ist ein billionstel einer millionstel Sekunde. Zum Vergleich: Wenn eine Sekunde der Größe eines Fußballfelds entspricht, dann wäre eine Attosekunde etwa die Größe eines kleinen Moleküls auf dem Feld. Attosekunden sind also fast schon unvorstellbar kurz.

Wofür braucht man die Lichtblitze?

Mit den ultrakurzen Lichtimpulsen können Forscher beobachten, wie sich Elektronen in Atomen bewegen. Elektronen sind winzige Teilchen, die sich sehr schnell um den Kern eines Atoms bewegen. Früher war es aufgrund ihrer enormen Geschwindigkeit sehr schwierig, ihre Bewegungen zu sehen und zu verstehen. Man kann sich das so vorstellen: Elektronen sind kleine Tänzer, die sich sehr schnell um einen Tanzplatz (den Atomkern) bewegen. Die Attosekunden-Pulse ermöglichen es uns, diese Tänzer in Zeitlupe zu sehen und ihre Bewegungen zu studieren.

Die von Krausz' und seinen Kollegen entwickelte Technik ermöglicht, die Bewegungen quasi "einzufrieren" und zu beobachten, als ob sie in Zeitlupe ablaufen würden. Durch das "Einfrieren" der Elektronenbewegung und das Betrachten ihrer Positionen und Bewegungen in Atomen haben Krausz und sein Team eine neue Methode geschaffen, um tiefere Einblicke in die Natur der Materie zu erhalten.

Auch in anderen Bereichen könnte die Methode als eine Art "Superlupe" auf molekularer Ebene eingesetzt werden. Ein tieferes Verständnis der Biologie ebnet den Weg für bessere Diagnose- und Behandlungsmethoden. Da Krankheiten auf molekularer Ebene beginnen, könnten sie schneller erkannt werden.

Besseres Verständnis von Molekülen

Viele Krankheiten entstehen durch Fehlfunktionen auf molekularer Ebene. Mit der Fähigkeit, die Bewegung von Elektronen zu sehen, können Wissenschaftler besser verstehen, wie bestimmte Moleküle funktionieren. Damit könnten sie auch entschlüsseln, wie sie bei Krankheiten fehlfunktionieren.

Medikamentenentwicklung

Die Kenntnis der genauen Struktur und Dynamik von Molekülen kann bei der Entwicklung neuer Medikamente helfen. Forscher können sehen, wie Medikamente auf molekularer Ebene interagieren. So können sie effektivere Behandlungen entwickeln.

Frühe Diagnose

Mit fortschrittlichen Technologien, basierend auf Krausz' Methode, könnte es möglich sein, Krankheiten auf molekularer Ebene zu erkennen, bevor sie schwerwiegendere Symptome verursachen. So könnten zum Beispiel Veränderungen in der Struktur oder Funktion von Zellen und Molekülen frühzeitig erkannt und analysiert werden.

Bildgebende Verfahren

Die Forschungen könnten auch zu verbesserten bildgebenden Verfahren führen. Mit ultra-schnellen Lichtimpulsen könnten Ärzte und Forscher detailliertere Bilder von inneren Strukturen des Körpers erhalten. Das wiederum könnte helfen, Krankheiten früher und genauer zu diagnostizieren.