Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Forschung — 73 Abb. 2: Intensität der Strahlung im extremen UV als Funktion der relativen Phase zwischen einem infraroten und blauen Laserstrahl. Die phasenabhängige Modulation der Harmonischen (vielfachen der infraroten Laserfrequenz) ist auf die Manipulation der Plasmaelektronen mit Attosekundengenauigkeit zurückzuführen. [Yeung, Nature Photonics (2017)] Lichtblitze mit extrem kurzen Pulsen ermöglichen es natürliche Prozesse mit nie dagewesener Auflösung zu erforschen. Die kürzesten Pulse sind derzeit mit Lichtblitzen im extremen UV möglich und werden in Attosekunden gemessen. Vorstellen lässt so eine kurze Zeitdauer durch die Wegstrecke die Licht in dieser Zeit zurücklegt. Während in einer Sekunde Licht 300.000 km zurücklegt, so ist es in einer Atto- sekunde (10 -18 s) nur die Breite eines Atoms. Ziel der Forschung ist es die Erzeugung intensiver Attose- kundenpulse mithilfe von relativistischen Plasmen zu erzeugen und zu charakterisieren. Forschungsprojekt 2 : Intensive Attosekunden-Pulse Forschungsprojekt 3: Nichtlineare Quantenelektrodynamik Die extremen Felder im Brennpunkt von Hochleis- tungs-Kurzpulslasern ermöglichen es, fundamentale Vorhersagen der Quantenelektrodynamik zu prüfen. Im Blickpunkt stehen die Paarerzeugung im Vaku- um, Vakuumdoppelbrechung und die vollständige Beschreibung der Bewegungsgleichung geladener Teilchen im Laserfeld. Derzeit werden die experi- mentellen und konzeptionellen Grundlagen für diese Projekte geschaffen. So ist die Erzeugung von Materie durch zwei Licht- quanten im Vakuum (z.B. ein Elektron/Positron- Paar) ist bis heute nicht experimentell gelungen. Die Verfügbarkeit von extremen Lichtblitzen ermöglicht dies direkt und ist wird im Jahr 2018 zum ersten Mal in Angriff genommen. Ein weiteres fundamentales Feld ist das der Licht/ Licht Streuung und Vakuum-Doppelbrechung. In der klassischen Physik erfolgt durch das Vakuum keine Kopplung zweier Lichtstrahlen und auch keine Modifikation eines einzelnen Starken Lichtstrahls – im Gegensatz zur Quantenelektrodynamik die z.B. messbare Licht-an-Licht Streuung und Doppelbre- By: Yeung, M.; Rykovanov, S.; Bierbach, J.; et al. (2017) Experimental observation of attosecond control over relativistic electron bunches with two-colour fields NATURE PHOTONICS DOI: 10.1038/ NPHOTON.2016.239 By: Yeung, M.; Bierbach, J.; Eckner, E.; et al. (2016) Noncollinear Polar- ization Gating of Attosecond Pulse Trains in the Relativistic Regime PHYSICAL REVIEW LETTERS DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.193903 By: Dromey, B.; Adams, D.; Hoerlein, R.; et al. (2009) Diffraction-limited performance and focusing of high harmonics from relativistic plas- mas NATURE PHYSICS DOI: 10.1038/NPHYS1158 Abb. 3: Experimentelle Ergebnisse zur Bewegungsglei- chung von Elektronen in starken Laserfeldern. Ver- schiedene Modelle werden mit experimentellen Daten verglichen. Trotz der prinzipiell einfachen Fragestel- lung (einzelnes Elektron in einem externen Feld) ist Übereinstimmung zwischen den theoretischen Model- len und den experimentellen Ergebnissen bei diesen extremen Feldern noch nicht Perfekt und werden aktiv erforscht. [Poder, Arxiv (2017)] K. Poder, M. Tamburini et al. (2017) Evidence of strong radiation reaction in the field of an ultra-intense laser, arXiv:1709.01861 Karbstein,F; Gies, H; et al., (2015) Vacuum birefringence in strong inhomogeneous electromagnetic fields, PHYSICAL REVIEW D DOI: 10.1103/PhysRevD.92.071301