Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse
Photonen lassen sich in einem vordefinierten Bereich sammeln
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Lichtspiel: Forscher konzentrieren Photonen (Foto: TiM Caspary, pixelio.de) |
Heidelberg (pte019/28.07.2017/11:30) Spektral breite Röntgenpulse lassen sich rein mechanisch "zuspitzen" - und zwar durch präzise mit den Pulsen synchronisierte schnelle Bewegungen, wie Forscher des Max-Planck-Instituts für Kernphysik http://www.mpi-hd.mpg.de herausgefunden haben. Dadurch gelingt es, Photonen innerhalb des Röntgenpulses so zu verschieben, dass sich diese im gewünschten Bereich konzentrieren.
"Photonenschaufel"
Die Heidelberger Physiker haben so etwas wie einen Bagger für Lichtpulse verwendet, nämlich Piezoelemente, die mittels elektrischer Impulse präzise Bewegungen ausführen können. Als "Schaufel" diente eine dünne Folie aus Eisen. Synchronisiert man die Bewegung dieser "Photonenschaufel" mit dem zeitlichen Eintreffen der Röntgenpulse, so kann man tatsächlich Röntgenphotonen auf einen "Haufen", also in einen schmalen Wellenlängenbereich, schaufeln.
"Wir konnten zeigen, dass die Methode funktioniert. Das Spektrum von Röntgenpulsen ließ sich tatsächlich rein mechanisch manipulieren", verdeutlicht Forscher Jörg Evers und fügt hinzu: "Dabei werden keine Photonen ,verschwendet' wie in einem Monochromator, der nur die unerwünschten Wellenlängen abschneidet. Auch müssen wir keine zusätzliche Energie in den Röntgenpuls hineinstecken." Durchgeführt haben die Physiker ihre Experimente mit Röntgenpulsen der Synchrotrone ESRF und PETRA III.
Mössbauer-Effekt genutzt
Dass die piezoelektrische Photonenschaufel so gut funktioniert, beruht auf dem Mössbauer-Effekt. Die Eisenfolie ist mit dem Isotop 57Fe angereichert. Im Festkörper kann dieses "Mössbauer-Isotop" Photonen rückstoßfrei absorbieren und emittieren. Dadurch absorbiert die Eisenfolie einen extrem schmalen Ausschnitt aus dem relativ breiten Röntgenpuls und emittiert dieses Licht mit einer gewissen Zeitverzögerung "resonant" wieder. Die Wellen des durchgehenden und des wieder abgestrahlten Lichts überlagern sich wie die Wellen von zwei Steinen, die man nebeneinander ins Wasser geworfen hat.
Wird nun die Folie in der Zeit zwischen Absorption und Emission bewegt, ist das so, als ob einer der beiden Steine ein Stück weiter geflogen wäre. An einem festen Punkt beobachtet, erscheint dann im einen Fall ein Wellental, im anderen Fall aber ein Wellenberg. Mithilfe des Piezoelements gelang es, die Eisenfolie so zu bewegen, dass diese Interferenzeffekte die resonanten Wellenlängen auf Kosten der "äußeren" Wellenlängen verstärken.
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