Aus der Forschung
Einsicht in exotische Zustände
Ein Plasma ist der exotischste Zustand der Materie, die Atomkerne sind nackt und bloß, und die Elektronen, die normalerweise die Kerne umhüllen, sind von ihnen getrennt. In der Natur kommen niederenergetische Plasmen in Gasentladungslampen vor, auch Blitze erzeugen kurzfristig diesen Zustand, aber das eigentliche Reich der Plasmen liegt im Innern der Sterne oder in riesigen Planeten wie dem Jupiter. Seit 2008 können Physikerinnen und Physiker am GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung neue Einsichten in die Physik des Plasmas gewinnen. Dafür haben sie ein neues Großgerät aufgebaut, den Laser Phelix (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments), und diesen Laser mit der bestehenden Ionenbeschleunigeranlage zu einer weltweit einzigartigen Experimentieranlage kombiniert.
Phelix gehört zu den stärksten Lasern weltweit. Er kann Laserpulse mit Energien bis zu 1000 Joule und Laserpulse mit Leistungen bis zu einem halben Petawatt liefern. Der Laserstrahl hat zunächst den gigantischen Durchmesser von 30 cm und wird mit Spezial-Spiegeln zum Experimentierplatz am Ionenbeschleuniger geleitet und dort auf einen Punkt verdichtet. Nur etwa alle anderthalb Stunden kann ein Laserpuls erzeugt werden. Der allerdings hat dann eine Leistung, die Trillionen Mal, das heißt Milliarden mal Milliarden Mal, höher ist als bei einem Laserpointer oder einem Laser in einem CD-Spieler.
Im Herbst dieses Jahres gelang es Wissenschaftlern des GSI Helmholtzzentrums und der Technischen Universität Darmstadt, Wasserstoff-Kerne (Protonen) mithilfe des PHELIX-Lasers auf hohe Geschwindigkeiten zu bringen. Dazu fokussierten sie den Laserstrahl auf eine dünne Folie. An der Folienrückseite lagernde Protonen wurden durch den Laser beschleunigt und erreichten mehr als 10% Lichtgeschwindigkeit. In Zukunft könnten solche von Lasern erzeugten Protonenstrahlen beispielsweise für die Tumortherapie mit Protonen eingesetzt werden. „Wir sind froh, dass wir alle technischen Problemen gemeistert haben und es nun geschafft haben, das erste Experiment durchzuführen, in dem wir Hochenergie-Laserstrahlen mit Ionenstrahlen kombinieren konnten“, sagt Prof. Dr. Klaus Witte, der Phelix-Projektleiter an der GSI.
