Mit der Kraft des Lichts – Nobelpreis für Laserwerkzeug-Erfinder

| Autor / Redakteur: dpa / Julia Schmidt

Medaille mit dem Konterfei von Alfred Nobel im Nobel Museum: Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr jeweils zur Hälfte an Arthur Ashkin (USA) sowie an Gérard Mourou (Frankreich) und Donna Strickland (Kanada) für ihre bahnbrechenden Erfindungen im Bereich der Laserphysik.
Medaille mit dem Konterfei von Alfred Nobel im Nobel Museum: Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr jeweils zur Hälfte an Arthur Ashkin (USA) sowie an Gérard Mourou (Frankreich) und Donna Strickland (Kanada) für ihre bahnbrechenden Erfindungen im Bereich der Laserphysik. (Bild: Kay Nietfeld/dpa)

Augenpatienten verdanken ihnen mehr Sehkraft, Biologen unzählige Forschungsergebnisse. Für die Erfindung hochpräziser Werkzeuge aus Laserlicht bekommen drei Forscher den Physik-Nobelpreis. Erstmals seit 55 Jahren sind es nicht ausschließlich Männer.

Für die Entwicklung hochpräziser Werkzeuge aus Licht bekommen drei Laser-Physiker aus den USA, Frankreich und Kanada den diesjährigen Nobelpreis für Physik. Eine Hälfte des mit etwa 870 000 Euro (9 Millionen Schwedischen Kronen) dotierten Preises geht an Arthur Ashkin (USA). Gérard Mourou (Frankreich) und Donna Strickland (Kanada) teilen sich die zweite Hälfte.

Von der Erfindung, die Mourou und Strickland gemeinsam erarbeiteten, profitieren Millionen Patienten weltweit. Metallstents etwa, die Blutgefäße am Herzen offenhalten 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 oder bessere Katalysatoren erzeugt werden, betont das Komitee. «Es gibt unzählige Einsatzbereiche, die noch nicht vollständig erforscht sind.»

Die Lichtfalle – mit Laserstrahlen winzige Kügelchen bewegen und einfangen

Bis zu den Entwicklungen der Forscher galt es als Science Fiction, die Kraft des Lichts zu nutzen. In der Serie „Star Trek“ etwa verfügt das Raumschiff über einen Traktorstrahl, mit dem sich Objekte festhalten und bewegen lassen. Die von Arthur Ashkin (96) entwickelten Optischen Pinzetten kommen dieser Vorstellung in der Realität zumindest nahe.

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.

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 oder zu ziehen. In vielen Laboren würden solche Laserpinzetten eingesetzt, um biologische Phänomene zu untersuchen, etwa Proteine, molekulare Motoren, DNA oder das Innenleben von Zellen. „Es geht um die Basis des Lebens, um das, was in den Zellen passiert“, sagt Heiner Linke, Mitglied der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, der mit über die diesjährigen Preisträger abgestimmt hat.

Extrem schnell ablaufende Prozesse auf molekularer oder atomarer Ebene zu verfolgen

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. Ausgelassener reagierte Strickland (59) auf den Anruf des Komitees: „Zuerst muss man denken: Das ist verrückt.“ Strickland ist erst die dritte Frau, die mit einem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wird – 55 Jahre nach der letzten Preisträgerin Maria Goeppert Mayer (1963). Marie Curie hatte 1903 einen Physik-Nobelpreis bekommen.

Strickland und Mourou (74) 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 sogenannte Verstärkung gechirpter Pulse (Chirped Pulse Amplification; CPA) die Energieintensität um mehrere Größenordnungen. Kurz danach wurden die Laserstrahlen noch deutlich verstärkt.

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.

Medizin-Nobelpreis für neue Krebstherapien

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

Am Montag waren bereits die Preisträger in Medizin bekanntgegeben worden: Der US-Amerikaner James Allison und der Japaner Tasuku Honjo erhalten dieses Jahr die höchste Medizin-Auszeichnung für die Entwicklung von Immuntherapien gegen Krebs. Sie hatten entdeckt, dass bestimmte Proteine als eine Art Bremse auf das Immunsystem wirken und es von der Bekämpfung von Tumorzellen abhalten – und Methoden dafür entwickelt, diese Bremse zu lösen.

Am Mittwoch werden die Träger des Chemie-Nobelpreises verkündet. Die feierliche Überreichung der Auszeichnungen findet traditionsgemäß am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel.

Im vergangenen Jahr hatten drei US-Forscher für den Nachweis von Gravitationswellen den Physik-Nobelpreis erhalten. Die Hälfte des Preisgeldes bekam der gebürtige Deutsche Rainer Weiss. Die andere Hälfte teilten sich Barry Barish und Kip Thorne.

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