Nobelpreis für Physik 2018: Laserwerkzeuge mit biologischer Anwendung

Der diesjährige Nobelpreis für Physik geht zur Hälfte an Arthur Ashkin und je zu einem Viertel an Gérard Mourou und Donna Strickland. Alle drei haben wichtige Werkzeuge der Laseroptik entwickelt.

Illustration: Niklas Elmehed. Copyright: Nobel Media AB 2018
Die diesjährigen Physik-Nobelpreisträger Arthur Ashkin, Gérard Mourou und Donna Strickland (v.l.n.r.)

 

Die Life Sciences haben heuer auch bei der Vergabe des Nobelpreises reüssiert. Denn diejenigen „bahnbrechenden Erfindungen auf dem Gebiet der Laserphysik“, für die die diesjährigen Laureaten ausgezeichnet werden, haben ihre Anwendung vor allem auf biologischem und medizinischem Gebiet. Im Fall von Arthur Ashkin von den Bell Laboratories in Holmdel (USA), wurde die Anwendung auf biologische Systeme sogar explizit in der Begründung des Nobelpreis-Komitees genannt.  Zwar lassen sich auch unbelebte Partikel bis hinunter zu Atomen und bis hinauf zu Viren mit der von ihm erfundenen optischen Pinzetten greifen. Doch gelang der Durchbruch auf diesem Gebiet gerade dadurch, dass es Ashkin 1987 gelang, eine Bakterienzelle zu bewegen, ohne ihr Schaden zuzufügen. Genutzt wird dazu der sogenannte Strahlungsdruck des Lichts, mit dessen Hilfe man kleine Korpuskel zur Mitte eines Laserstrahls  befördern und dort halten kann. Seither haben sich optische Pinzetten zu einem wichtigen Werkzeug entwickelt, um Objekte von biologischer Relevanz (Makromoleküle, molekulare Maschinen) zu manipulieren.

Gérard Mourou, der an der École Polytechnique in Palaiseau (Frankreich) und an der University of Michigan in Ann Arbor (USA) beheimatet ist, und Donna Strickland von der University of Waterloo (Kanada) erhalten ihre Hälfte des Nobelpreises für die von ihenn entwickelten Methoden, ultrakurze Laserpulse von hoher Intensität zu erzeugen. In einer aufsehenerregenden Publikation aus dem Jahr 1984 beschrieben sie eine Abfolge aus zeitlicher Streckung, anschließender Verstärkung und abermaliger zeitlicher Kompression (Komprimierung) der Pulse, mit der es gelang , Pulsspitzenleistung bis in den Petawatt-Bereich (1015 Watt) zu erzeugen ohne das Verstärkermedium des Lasers zu zerstören. Diese Chirped Pulse Amplification (CPA) genannte Technik wird heute in unterschiedlichsten Feldern angewandt, am bekanntesten ist wohl die Korrektur der Hornhaut bei Augenoperationen.