Was ist die kürzeste (messbare) Zeit(einheit)?

Wjatscheslaw Schmidt antwortete

Wenn ein Signal im Zeitbereich vermessen werden soll, dann wird dafür in der Regel ein noch kürzeres Signal benutzt. Will man z.B. ein Photo von einem Hund aufnehmen, während er ein Frisbee fängt, so muss die Zeitauflösung der Kamera derart hoch sein, dass die Bewegung des Hundes während der Aufnahme quasi eingefroren wird. Die hierfür benötigte Zeitauflösung liegt in diesem Beispiel bei einigen Tausendstel Sekunden.

Für wichtige Prozesse in der Natur und Technik werden jedoch noch viel höhere Zeitauflösungen als bei Fotografien benötigt. Die Zeitauflösung die mit elektronischen Methoden (z.B. Computern oder Oszilloskopen) erzielt werden kann ist teilweise Milliarden mal kürzer (Pikosekundebereich). Eine wesentlich höhere zeitliche Auflösung ist aber mit optischen Methoden, speziell mit extrem kurzen Laserblitzen möglich.

Mit modernen Lasern können Lichtimpulse im Femtosekundenbereich erzeugt werden. Die Zeitskalen, um die es hier geht, sind kaum vorstellbar. Ein Impuls mit einer Dauer von sechs Femtosekunden 
(0, 000 000 000 000 006 Sekunden) verhält sich zu einem „Ein-Sekunden-Impuls“ wie ein Millimeter zu der Entfernung zwischen Erde und Sonne (rund 150 Millionen km).

Solche ultrakurzen Lichtimpulse im Femtosekundenbereich ermöglichen die Beobachtung von vielen, sehr schnell ablaufenden Prozessen in mikroskopisch kleinen Strukturen, zum Beispiel der Bewegung von Elektronen in Atomen oder Festkörpern oder dem Ablauf von biologischen und chemischen Reaktionen. Ultrakurze Lichtimpulse sind daher ein ganz wichtiges Werkzeug um die schnellsten Prozesse in Natur und Technik zu messen, zu verstehen, zu manipulieren und zu kontrollieren.

Seit kurzem ist man sogar in der Lage, Ereignisse mit einer zeitlichen Auflösung im Attosekundenbereich (ein tausendstel einer Femtosekunde) zu "fotografieren". Diese neue Generation von Kameras, an denen auch in Oldenburg geforscht wird, sind nur in wenigen Forschungslaboren weltweit verfügbar. Die damit möglichen Aufnahmen werden wesentlich dazu beitragen, die Funktion von Bauelementen wie Halbleiter-Lasern, Leuchtdioden, Magnetspeichern oder Solarzellen besser zu verstehen und zu optimieren.

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Wjatscheslaw Schmidt studiert Physik an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. In seiner Studienarbeit, die er in der Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Nano-Optik“ angefertigt hat, hat er eine Methode zur Messung von extrem kurzen, 6-Femtosekunden-Lichtimpulsen aufgebaut.

Weitere Fragen und Anmerkungen an:
wjatscheslaw.schmidt(at)uni-oldenburg.de