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Neues Kapitel in der Optik: Gammastrahlen lassen tief blicken

11.05.2012 - (idw) Ludwig-Maximilians-Universität München

Und sie beugen sich doch: Entgegen einer jahrzehntealten Grundannahme der Physik können Gammastrahlen mit Linsen auf ein Ziel fokussiert werden. Die Entdeckung könnte zahlreiche Anwendungen ermöglichen - vom Monitoring von Atommüll bis zur Krebstherapie. Gammastrahlen sind extrem energiereiche elektromagnetische Wellen weit oberhalb des sichtbaren Spektrums von Licht. Physiker gingen bisher davon aus, dass diese Strahlung nicht mit Linsen abgelenkt und daher nicht für optische Zwecke genutzt werden kann. Im Vergleich dazu wurde für Röntgenstrahlung Mitte der 1990er Jahre gezeigt, dass eine Röntgenoptik möglich ist.

Wissenschaftler um den Physiker Professor Dieter Habs von der LMU und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching konnten bei Experimenten am Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble nun aber überraschend zeigen, dass sich Gammastrahlen durch Silizium-Linsen wie herkömmliches Licht fokussieren lassen. Möglich wird dies durch das extrem starke elektrische Feld der Silizium-Atome, das mit den Gammastrahlen wechselwirken kann.

Mehr Ablenkung durch goldene Linsen
Unsere Entdeckung eröffnet der Optik ganz neue Dimensionen, sagt Habs. Wir haben quasi eine Brille gefunden, mit der Gammastrahlung für vielfältige Anwendungen einsetzbar wird. Gamma-Detektoren für besonders präzise Materialuntersuchungen sind hier nur ein Beispiel: Gammastrahlen haben zehn bis tausend Mal mehr Energie als Röntgenstrahlen und durchdringen auch dicke Materialien. Sogar aus größeren Entfernungen könnte jedes Atom einzeln angesprochen werden wichtig etwa für den Nachweis von radioaktivem Material, betont der Kernphysiker.

Auch in der Medizin sieht Habs ein künftiges Anwendungsgebiet: So könnte etwa in der Krebstherapie der Verbleib von Chemotherapeutika im Körper genau beobachtet und die Dosierung besser angepasst werden. Bisher ist die Ablenkung der Gammastrahlen durch die Linsen noch relativ gering. Deshalb will Habs mit seinem Team in Zukunft Goldlinsen einsetzen. Die Wissenschaftler erwarten hier eine stärkere Beugung der Strahlen, weil Goldatome ein stärkeres elektrisches Feld als Silizium erzeugen. Erste Versuche wird Habs Team im Sommer durchführen. (Physical Review Letters, 1.5.2012) (göd)

Publikation:
The Refractive Index of Silicon at Ray Energies
D. Habs, M.M. G¨unther, M. Jentschel and W. Urban
Phys. Rev. Lett. 108, 18402, (2012).
DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.184802

Kontakt:
Prof. Dietrich Habs
Sektion Physik der LMU
phone: (+49) 89 2891 4077
fax: (+49) 89 2891 4072
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