Alle Bilder: IPC PAS. Mit freundlicher Genehmigung.

Polnische Physiker filmen IRL-Star-Wars-Pulse ihres 10-Terawatt-Kompaktlasers

Den Warschauer Forschern ist es gelungen, Laserimpulse fotografisch festzuhalten, die nur ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde halten.

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23 Oktober 2014, 9:07am

Alle Bilder: IPC PAS. Mit freundlicher Genehmigung.

Laser tauchen in Filmen meist als zielgerichtete weiße Strahlen auf, die, je nachdem ob sie von einem Raumschiff oder einer Handkanone abgefeuert werden, unterschiedlich wuchtige Geräusche von sich geben. Gerne handelt es sich dabei um ein beeindruckendes Zischen, das der enormen Schnelligkeit der flitzenden Strahlen noch eine weitere fantastische sci-fi-mäßige Dimension verleiht. Beim Aufprall, wie auch, wenn der clevere Jedi mal eine versperrte Tür aufschneidet, strahlen dann zu den Seiten einige faserige Licht-Sprengsel ab. Absolut beeindruckend, aber leider völlig unrealistisch.

Polnische Forscher haben nun dankenswerterweise einen Star-Wars-Laserstrahl simuliert, um herauszufinden, wie ein solcher Laser-Puls tatsächlich aussehen würde. Am Laser Center der Polish Academy for Sciences (Ja, wir sind neidisch auf den Titel ihrer Arbeitsstätte) hat ein Forscherteam zusammen mit der Physikfakultät der Uni Warschau deshalb fröhlich mit Lasern herum geballert, um sie dann in Wasserdampf zu fotografieren. Ihnen ist es auch gelungen, dass Realitätsparadoxon von Lasern zu umgehen, die nämlich eigentlich viel zu schnell sind, um auf Film gebannt werden zu können.

Der Laserapparat selbst wurde vor rund einem Jahr ebenfalls an dem selben Institut entwickelt und kann bereits heute 10 Terawatt starke Strahlen abfeuern. Der neue Film zeigt nun die Spazialanfertigung des Instituts beim Abschuss und verfolgt den Laser, während er durch den Intitutsflur schießt.

„Eigentlich kann man sogar in jedem Frame einen anderen Laserimpuls sehen", schreibt der beteiligte Forscher Dr. Pawel Wnuk auf der Webseite seines Instituts, „aber die physikalischen Gegebenheiten bleiben identisch."

Der Laserstrahl in seiner ganzen Pracht. Alle Bilder: IPC PAS. Mit freundlicher Genehmigung.

Laut den Wissenschaftlern sehen wir hier auf dem obigen Foto nichts weniger als einen „Lichtimpuls von einem 10-Terawatt-Laser, der sich in Wasserdampf auflöst. Der blaue Schein ist das Licht des Lasers, die anderen Farben stammen vor allem von Plasmafasern".

Der Laserimpuls hielt für mehrere Dutzend Femtosekunden an (das ist ein millionstel einer milliardstel Sekunde) und wurde von einem eigens gebauten Kompaktlaser erzeugt. Er fokussiert sich permanent selbst und verteilt sich deshalb nicht sofort in der Luft; dadurch kann er weitaus größere Strecken zurücklegen, als herkömmliche schwächere Impulse. Durch seine Stärke ionisierte er sofort alle Atome, auf die er traf. Dadurch bilden sich Plasmafasern rund um den Laser, die man Filament nennt.

Der das Projekt leitende Physiker Dr. Yuriy Stepanenko erklärt dann auch gleich, wieso der Strahl nicht bunt leuchtet, wie sich das für einen ordentlichen Sc-FI-Beam gehört: „Der Strahl erscheint weiß, obwohl er nahe des infraroten Bereichs abgefeuert wird. Das passiert, weil das Licht mit dem Plasma interagiert und die verschiedenen Wellenlängen viele Farben gleichzeitig darstellen. Wenn die zusammentreffen, erscheint das Licht des Lasers weiß. Wie farbenprächtig der Laser wirklich ist, lässt sich in diesem Querschnitt erkennen:

Außer der unerschütterlichen Tatsache, dass es Spaß macht, den Laser durch langweilige Laborflure zu schießen, hat die Entwicklung auch noch weitere praktischen Nutzen: Sie kann Verschmutzungen in der Atmosphäre erkennen und durch eine Überlagerung verschiedenster Partikel markieren, die die Luft verschmutzen. Außerdem ist eine Aufrüstung des Lasers auf eine Stärke von bis zu 200 Terawatt geplant, was unter anderem die therapeutische Behandlung von Krebszellen revolutionieren könnte.

Aber wie haben die Forscher es eigentlich geschafft den Beam auf ein Foto zu bannen? Kameras können nämlich leider keine Milliarden Frames pro Sekunde aufnehmen, daher behalfen sich die Polen mit einem Trick: Eine umgebaute Kamera wurde mit den Laserimpulsen synchronisiert, so dass sie ungefähr zehn Bilder pro Sekunde schoss. Dann wurden die leicht verzögerten Bilder hintereinandergelegt, um den Strahl mit einer Canon 10g-Kamera sichtbar zu machen. 

Wenn sie das alles fein dokumentiert zu Ende haben, dann möchten wir gerne auf weitere Praxisanwendungen drängen. Für den Anfang würden wir hiermit freundlich um Laserschwertertests in den Laborfluren bitten.