Arthur Schawlow - Pionier der Laserforschung

Vor 90 Jahren, am 5. Mai 1921, wurde der Physiknobelpreisträger Arthur Leonard Schwalow in New York geboren. Der Sohn eines russischen Einwanderers und einer Kanadierin trug entscheidend zur Entwicklung des Lasers bei.

Arthur Schawlow wurde am 5. Mai 1921 als Sohn eines russischen Einwanderers und einer Kanadierin in Mount Vernon im Staat New York geboren. Kurz nach der Geburt Schawlows zog die Familie nach Toronto in Kanada um.

Dort interessierte sich der junge Arthur sehr für alles, was mit Wissenschaft zu tun hatte. Elektronik, Mechanik und Astronomie waren Themen, die ihn besonders faszinierten. Seine Eltern förderten seine Interessen und bestärkten ihn in seinem Wunsch, Funktechnik zu studieren.

Kein Geld für die Universität

Als Schawlow sein Studium beginnen wollte, steckte Amerika in einer Wirtschaftskrise. Das Gehalt des Vaters reichte nicht aus, Arthur und seiner Schwester Rosemary eine Universitätsausbildung zu finanzieren. Über Umwege erhielt Arthur Schawlow allerdings ein Stipendium und konnte sich dem Studium der Funktechnik und der Physik widmen.

1941 trat Kanada in den zweiten Weltkrieg ein und Schawlow unterbrach seine Studien. Er unterrichtete Armeepersonal und arbeitete an der Entwicklung von Mikrowellenantennen für Radaranlagen mit. Nach 1945 wechselte er die Universität und widmete sich wieder seinem Studium der Physik. Dabei lernte er auch die Tochter eines Professors kennen, die später seine Frau werden sollte.

In den folgenden Jahrzehnten arbeitete Schawlow auf dem Gebiet der Supraleitung, leistete Großes bei der Entwicklung des Lasers und entwickelte Methoden, bei denen Laser zur Untersuchung von Atomen und Molekülen eingesetzt wurden, die sogenannte Laserspektroskopie. Arthur Schawlow erhielt 1981 den Nobelpreis für Physik und starb im Jahr 1999.

Ein Magnet schwebt über einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Hochtemperatursupraleiter (ca. -200 °C).

Supraleitung

Schawlow war ein begabter Physiker und tummelte sich auf vielen Forschungsgebieten.  Eines dieser Gebiete war die Supraleitung. Ein Supraleiter ist ein Material, das unterhalb einer bestimmten Temperatur Strom ohne Widerstand leitet. Der Magnetschwebezug Transrapid nutzt diese Technik.

Vom Maser zum Laser

Schawlow forschte auch über Laser und dessen Vorläufer, den Maser. Ein Laser braucht ein Medium, etwa einen Kristall oder auch ein Gas. Dieses Medium wird etwa durch Strom in besonderer Weise mit Energie versorgt, man sagt auch angeregt.

Ab einer bestimmten Energiemenge oder Anregungsstärke sendet das Lasermedium dann besonders reines, einfarbiges Licht aus. Die Lichtwellen schwingen alle im Gleichtakt und sind dadurch besonders energiereich. So sehr, dass das Laserlicht zum Schweißen von Metall verwendet werden kann.

Bei einem Maser wird nicht mit sichtbarem Licht, sondern mit Mikrowellen gearbeitet. Das sind, genau wie Licht, elektromagnetische Wellen, aber aus einem Bereich, den der Mensch nicht sehen kann.

Die farbigen Striche zeigen das Spektrum der Flamme an, also welche Farben die Flamme enthält. Daraus kann man schließen, welche chemischen Elemente verbrennen.

Laserspektroskopie

Das Hauptgebiet von Schawlow war allerdings die Laserspektroskopie. Ein schwieriges Wort für ein Verfahren, das du im Prinzip an der Gemüsetheke im Supermarkt ausprobieren kannst - ohne irgendwelche physikalischen Instrumente, nur mit den Augen. Du solltest es sogar tun, damit du auch das beste Gemüse erwischst.

Spektroskopie heißt, dass man mit Hilfe von Licht Informationen erhält. Zum Beispiel leuchtet eine frische Möhre in knackigem Orange. Das heißt, dass die Möhre alles einfallende Licht verschluckt, nur das Orange wird zurückgeworfen. Wenn die Möhre älter wird, dann ändert sich die chemische Zusammensetzung und dadurch auch die Farbe, die zurückgeworfen (reflektiert) wird. Man hat also durch Licht Informationen über die Qualität der Möhre gewonnen.

Arthur Schawlow verwendete bei seinen Arbeiten statt normalem Licht Laserlicht. Und statt Möhren schaute er sich Atome und Moleküle an. Dadurch lernte man mehr über ihren Aufbau. Für seinen Beitrag zur Entwicklung dieser Technik erhielt Arthur Schawlow 1981 den Physiknobelpreis.

Hier findest du eine Folge von Alpha Centauri in der über einen kosmischen Maser berichtet wird (Realplayer erforderlich)

Text: -jj- 5.5.2006 //Bilder: Schawlow © Nobelprize.org; Schwebender Würfel: Peter Nussbaumer/GFDL; Spiritusflamme_Spektrum: Anton/GFDL

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