Attosekundenprojekt erhält circa 1,4 Millionen Euro Fördergelder vom BMBF

17. Juli 2025

Foto: M. Ilchen mit Material von [ https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.011001 and https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.03858] und pixabay.com

Im Rahmen des AttoSee-Projekts kommt eine Technik namens Angular Streaking zum Einsatz. Damit sollen die zeitliche Struktur und Synchronisation zwischen ultrakurzen UV-Pulsen in Kombination mit dem Beobachtungsstandpunkt, den die Röntgenstrahlung bietet, in einem neuen Atto-Clock-Instrument für die FEL-Wissenschaft aufgedeckt werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Quantenkosmos bei der Arbeit auf extremsten Zeitskalen zu filmen, was direkte Auswirkungen auf die Struktur des Lebens und seine schnellsten Prozesse hat.

Ein Konsortium aus Forschenden der Universität Hamburg und von DESY hat gemeinsam mit dem European XFEL und der Technischen Universität Dortmund rund 1,4 Millionen Euro Fördergelder vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erhalten. Im Forschungsprojekt „AttoSee” sollen UV- und Röntgenpulse im Attosekundenbereich kombiniert werden, um so eine völlig neue Perspektive auf die Dynamik der Natur und des Lebens zu eröffnen.

Das Studium der Natur auf der natürlichen Zeitskala der Elektronendynamik ermöglicht den Zugang zu einigen der schnellsten uns bekannten Prozesse im Moment ihres Entstehens. Elektronen prägen unsere Existenz in einem unvorstellbaren Ausmaß. Sie bestimmen nicht nur eine Vielzahl grundlegender physikalischer Prozesse, sondern bilden durch ihre Wechselwirkungen in Atomen und Molekülen auch die Grundlage der Chemie.

Weltweit erstes Zeitmessinstrument dieser Art

In jüngster Zeit hat eine Reihe von Durchbrüchen am European XFEL neue Wege zur Erforschung elektronischer Prozesse in der Materie eröffnet. Dank intensiver und durchstimmbarer Attosekundenpulse im Röntgenbereich können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun gezielt den Ort wählen, von dem aus sie die flüchtigen Quantenprozesse am besten in Aktion beobachten können. Gleichzeitig sind die physikalischen Prozesse, die durch sichtbare und ultraviolette (UV) Photonen ausgelöst werden, für den Menschen und das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung. Die Untersuchung von Prozessen, die durch ultrakurze UV-Pulse in Kombination mit ortsspezifischen Röntgenstrahlen ausgelöst werden, erfordert eine Messung der Zeit zwischen den UV- und Röntgenpulsen mit Attosekunden-Präzision.  Das AttoSee-Projekt zielt darauf ab, dies mit einer Technik namens Angular Streaking zu erreichen, und wäre damit das weltweit erste Zeitmessinstrument mit dieser Fähigkeit.

„Die Fähigkeit, die beiden Energieskalen zu kombinieren, bietet einzigartige Möglichkeiten für die Untersuchung der Photophysik wichtiger chemischer und biologischer Proben“, sagt Markus Ilchen, Professor für Physik an der Universität Hamburg und Forscher am Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter". Er organisiert das Projekt zusammen mit Dr. Terry Mullins und Prof. Francesca Calegari aus der Attosecond Science Gruppe bei DESY, Dr. Michael Meyer vom European XFEL, und Jun.-Prof. Dr. Wolfram Helml von der Technischen Universität Dortmund. „Dieser entscheidende Fortschritt in der präzisen Zeitmessung wird die zukünftige Untersuchung von Materie in einem Bereich ermöglichen, der bisher unerreichbar war“, sagt Prof. Calegari, eine Sprecherin des Clusters.

Enorme Chancen und Herausforderungen

„Obwohl die laserbasierte Attosekundenphysik bereits mit einem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, stehen wir in diesem faszinierenden Wissenschaftsgebiet noch ganz am Anfang, insbesondere mit Röntgenstrahlung. Vor uns liegen enorme Chancen und Herausforderungen", betont Dr. Mullins. Neue Instrumente, neue Methoden und neue grundlegende Erkenntnisse über Attosekundenprozesse sind nötig, um die vor den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern liegenden anspruchsvollen Aufgaben zu bewältigen. Durch die Bündelung der Expertise weltweit führender Gruppen aus der optischen Laser- und Röntgenforschung mit ultrakurzen Pulsen wird das „AttoSee“- Projekt den Weg für die Untersuchung von grundlegenden Prozessen der Natur auf Attosekunden-Zeitskalen und mit atomarer Präzision ebnen.