Licht ins Chaos
Schon die zeitliche Dimension sprengt das Vorstellungsvermögen: Eine Attosekunde ist der Milliardste Teil einer Milliardstel Sekunde und damit noch tausendmal kürzer als eine Femtosekunde, von der man vielleicht schon gehört hat, die man aber gedanklich auch nicht zu fassen vermag. Mit anderen Worten unvorstellbar kurz und damit ultraschnell sind die Prozesse, die durch Röntgenstrahlen etwa in der neuen Forschungsanlage European XFEL entstehen. Um dennoch das Verhalten der Elektronen im elektrischen Feld in Echtzeit messen zu können, haben Wissenschaftler die Attosekundentechnologie entwickelt: Ein Algorithmus bringt die Momentaufnahmen im Röntgenlaser in eine zeitliche Abfolge. Dazu werden die Daten mathematisch als einzelne Punkte in einem hochdimensionalen Raum dargestellt. Mustererkennungsprozesse suchen dann unter den Millionen Dimensionen nach gekrümmten mehrdimensionalen Flächen, bis sie eine eindimensionale Kurve finden: Auf ihr liegen alle Punkte dann zeitlich geordnet. „Die Methode hat ein unglaubliches Potenzial“, sagt Robin Santra. Der Physikprofessor leitet die Theoriegruppe des CFEL (Center for Free-Electron Laser Science) am DESY und hat mithilfe der Methode aktuell die Dynamik von Elektronenwolken in Xenon-Atomen live untersucht. „Wir benötigen dazu keine aufwendigen technischen Lösungen, sondern mathematische Operationen, die sehr genau sind.“ Merke: Mathematik macht sogar Moleküldynamik messbar!