SZ-Serie: Lichtblicke, Folge 3: Lebensrettende Energie

Professor Stefan Karsch und seine Kollegen forschen in Garching an einem der stärksten Laser der Welt. Ihre Arbeit soll helfen, Krebserkrankungen frühzeitig zu erkennen und zu bekämpfen

Schon als Jugendlicher war Stefan Karsch von Licht angetan. Besonders faszinierten ihn Laser, etwa die Hologramme, die in den Achtzigerjahren in vielen Innenstadtgeschäften feilgeboten wurden. "Laser ist ein ganz eigenes Licht, es ist gebündelt und hat dieses körnige Muster am Rand. Speckles nennt man das", sagt er. Stefan Karsch ist, so könnte man sagen, dem Licht gefolgt: Heute ist er assoziierter Professor für Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und forscht auf dem Campus in Garching im Centre for Advanced Laser Applications (Cala) an "Atlas", einem der derzeit stärksten Laser weltweit.

Mit üblichen Leuchtmitteln lässt sich die Stärke des Lasers kaum in Beziehung setzen. "Wir arbeiten im Bereich von Peta-Watt, also einer Billiarde Watt", sagt Karsch. Die Stärke von Atlas entspricht etwa der Leistung von einer Million Atomkraftwerken. Diese Menge an Energie können die Forscher freilich nicht für jedes Experiment verpulvern. Sie bedienen sich deshalb eines Tricks. "Wir speichern eine verhältnismäßig geringe Menge Energie - etwa so viel, wie man braucht, um einen Masskrug zehn Meter hoch zu heben - und konzentrieren diese auf einen ganz, ganz kurzen Moment in Form eines Pulses und konzentrieren diesen wiederum auf einen winzigen Punkt", erklärt Karsch. Die Energie, die ankommt, ist vergleichbar zur gesamten Sonneneinstrahlung auf dem Erdball fokussiert auf eine Stecknadelspitze.

Mit Hilfe von Atlas können die Wissenschaftler Elektronen extrem anregen. "Wir bauen mit unserem Laser miniaturisierte Teilchenbeschleunigeranlagen", sagt Stefan Karsch. Die Forscher in seinem Team versuchen unter anderem, die Elektronen so in Bewegung zu versetzen, dass extrem helles Röntgenlicht entsteht. Dieses sogenannte "brillante Röntgenlicht" hat eine sehr kurze Wellenlänge und ist zugleich sehr energiereich; mit seiner Hilfe werden sehr kleine Strukturen sichtbar. Zum Einsatz kommen könnte die Methode etwa in der Krebsforschung: Tumoren und andere Erkrankungen könnten schon in einem weit früheren Stadium erkannt werden als es bisherige bildgebende Verfahren möglich machen. Entsprechend höher wäre die Aussicht auf einen Behandlungserfolg.

Noch liegen solche Anwendungen für die Medizin in der Zukunft. Doch die Forschung von Karsch und seinen Kollegen ebnet den Weg dorthin. Auch die Kurzpulslaserphysik, eine Technik, die Cala-Direktor Ferenc Krausz und sein Team entwickelt haben, soll helfen, mit Lasern Leben zu retten. Mit extrem kurzen Infrarotimpulsen bringen die Forscher Moleküle etwa in einem Tropfen Blut in Schwingung; die Moleküle senden nun ihrerseits Infrarotlichtwellen aus. Indem die Forscher diese auslesen, können sie eine Art "molekularen Fingerabdruck" erstellen. Ziel ist, in diesen "Fingerabdrücken" Muster auszumachen und so Krankheiten wie Krebs anhand einer Blutprobe erkennen zu können.

Die ersten Teile von Atlas entstanden 1995 am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Seither wurde der Laser Stück für Stück weiterentwickelt. Mit dem Bau des neuen Forschungszentrums Cala erhielt Atlas einen Assistenten: "Thales", ein etwa zehn Meter langer Apparat, verstärkt die Laserpulse mithilfe von Spiegeln und anderer Optiken, sodass am Ende möglichst viel Energie in möglichst kurzer Zeit auf einem kleinen Fleck konzentriert ist.