Elektronen im Zeitraffer

Der Physiker Prof. Dr. Stephan Fritzsche von der Uni Jena entwickelt Methoden, mit denen sich die Dy Quelle: Foto: Jürgen Scheere/FSU (idw)

Was passiert, wenn intensive Laserstrahlung auf Materie trifft? Wenn sich in wenigen Femtosekunden auf kleinstem Raum eine Energiemenge in einem Gas oder Festkörper entlädt, die der natürlichen Sonneneinstrahlung von Monaten oder gar Jahren entspricht, und deren Elektronen so auf nahezu Lichtgeschwindigkeit katapultiert? Das untersuchen Physiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Jenaer Helmholtz-Instituts intensiv.

So auch Prof. Dr. Stephan Fritzsche. Doch anders als die meisten seiner Kollegen braucht er für seine Forschungen keine riesigen Hochleistungslaser. Stephan Fritzsche genügt dafür ein – zugegeben ebenfalls leistungsstarker – Computer. Denn der neue Inhaber des Lehrstuhls für korrelierte Quantensysteme in intensiven Feldern untersucht die theoretischen Grundlagen dieser Prozesse.

Neben dem Theoretisch-Physikalischen Institut der Universität Jena ist sein Lehrstuhl vor allem mit dem Jenaer Helmholtz-Institut verbunden. Mit seiner Arbeitsgruppe entwickelt Prof. Fritzsche Methoden, mit denen sich die Dynamik der Elektronen in Ionen, Atomen und Plasmen in starken elektromagnetischen Feldern möglichst exakt modellieren lässt. Wie in einem starken Zeitraffer sollen die in nur Bruchteilen von Sekunden ablaufenden Prozesse dabei detailgetreu modelliert und verstanden werden.

„Dabei geht es uns einerseits um die theoretische Beschreibung von experimentellen Beobachtungen“, erläutert Fritzsche. Andererseits wollen die Physiker damit auch komplexe Prozesse besser vorhersagen können. „Im Idealfall kann man mit einem guten Modell das Experiment sogar überflüssig machen“, fügt der gebürtige Dresdner mit einem Augenzwinkern hinzu und wieder ernsthaft: „Im Reich der Atome und Ionen lassen sich auch gar nicht alle Einzelheiten experimentell untersuchen, genau dann braucht man eine fundierte Theorie.“ Doch im Regelfall, so betont Fritzsche, ergänzen sich erst Theorie und Experiment gemeinsam, um zu neuer wissenschaftlicher Erkenntnis zu gelangen. „Mal sind Experimente der Prüfstein für aufgestellte Theorien, mal helfen neue theoretische Modelle überhaupt erst die experimentellen Beobachtungen zu erklären.“

Diese Zusammenhänge möchte der 51-jährige Physiker, der bis zu seinem Ruf nach Jena am Frankfurt Institute of Advanced Studies und an der Universität Oulu im Norden Finnlands gearbeitet hat, auch dem wissenschaftlichen Nachwuchs nahebringen. Ab dem kommenden Wintersemester wird er in die Theorie-Vorlesungen der Physik einsteigen. „Darauf freue ich mich schon sehr, schließlich lebt eine Uni erst richtig durch den Lehrbetrieb“. Das studentische Flair der Stadt sei – neben dem wissenschaftlichen Renommee von Universität und Helmholtz-Institut – auch ein wichtiger Grund für ihn gewesen, nach Jena zu ziehen. Hier freut sich der naturverbundene Wissenschaftler auf Wanderungen durch die umliegenden Berge und Kanutouren mit seiner Familie auf der Saale.

Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena (idw)