Theodor Hänsch 70

Vom Pudding zum Nobelpreis

Von Manfred Lindinger
29.10.2011
, 18:04
Theodor Hänsch vor dem Frequenzkamm
Er ist eine weltweit geachtete Autorität in Sachen Laserspektroskopie und besitzt einen ausgeprägten Spieltrieb. Der Physiker Theodor Hänsch wird an diesem Sonntag siebzig Jahre alt.

Er war noch im Gymnasium, da wusste er bereits genau, was er werden wollte: Physikprofessor. Ein Assistent eines ihm bekannten Hochschulprofessors hatte ihm geholfen, einen selbst gebastelten Geiger-Müller Zähler zu eichen. Da habe er zum ersten Mal gesehen, wie schick ein Labor ist und was man sich als Professor alles leisten kann, das ein Hobbybastler gar nicht bezahlen konnte. „Und da habe ich beschlossen, ich werde Physikprofessor“, sagt Theodor Hänsch.

Ursprünglich wollte er Kernphysiker werden, aber dann zog ihn eine neue Lichtquelle, die Anfang der sechziger Jahre erfunden wurde, in ihren Bann, die ihn den Rest des Lebens nicht mehr loslassen wollte: der Laser. Fast vierzig Jahre später bekam Theodor Hänsch, der eine weltweit geachtete Autorität in Sachen Laserspektroskopie ist, 2005 für eine auf Lasern basierende Technik den Physik-Nobelpreis zuerkannt. Mit seinem Frequenzkamm lassen sich die ultraschnellen Schwingungen von Lichtwellen zählen und Lichtwellenlängen so exakt bestimmen.

Der Tick mit der Präzision

Für Ted Hänsch, wie ihn seine Freunde nennen, war der Laser das ideale Werkzeug für Präzisionsmessungen. Er hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Eigenschaften des Wasserstoffatoms möglichst präzise zu bestimmen. In den siebziger Jahren erwarb er sich an der Stanford University in Palo Alto bei dem Laserpionier Arthur Schawlow das Rüstzeug, wo er von 1970 an sechzehn Jahre lang forschte und lehrte. 1986 kehrte er den Vereinigten Staaten den Rücken und ging - zum Teil aus persönlichen Gründen, aber auch wegen der finanziellen Mittel und der experimentellen Möglichkeiten - nach Garching, wo er im Alter von 45 Jahren Direktor des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik wurde.

Der Prüfstein Wasserstoff

Hänsch nutzte schon früh die modernsten Verfahren der Laserspektroskopie, um die Energiezustände des aus einem Elektron und einem Proton bestehenden Wasserstoffatoms möglichst präzise vermessen zu können - extremes schmalbandiges Laserlicht, das sich über einen großen Wellenlängenbereich variieren ließ und ausgeklügelte Methoden, die den störenden Einfluss der Bewegung der Atome auf die Spektrallinien ausschalteten. Dank dieser Verfeinerungen hat Hänsch mit seinen Kollegen zunächst in Palo Alto und später in Garching die Frequenz der Spektralinien des Wasserstoffatoms immer genauer gemessen - manche Linien mittlerweile bis auf vierzehn Stellen genau. Die inzwischen erreichte Genauigkeit verblüfft sogar manche Theoretiker, deren Berechnungen mit den Messergebnissen kaum mithalten können. Wegen seiner Passion wird er auch bisweilen scherzhaft Wasserstoff-Hänsch genannt.


Aus der Frequenz einzelner Linien konnte Hänsch präzise Werte für den Protonenradius oder die Rydbergkonstante, die bei der Berechnung des Wasserstoffspektrums eine zentrale Rolle spielt - ableiten. Die Präzisionsmessungen erlauben zudem einen Test der Theorie der Quantenelektrodynamik. So hat man die sogenannte Lamb-Verschiebung extrem genau gemessen. Dieser Effekt, hervorgerufen durch den Austausch virtueller Teilchen zwischen Elektron und Proton, führt zu einer Verschiebung der Zustände und damit der Spektrallinien.

Ein Lineal für das Licht

Die Genauigkeit war lange dadurch begrenzt, dass sich die Frequenzen von Lichtwellen nur unzureichend bestimmen ließen. Die Lösung lieferte schließlich der sogenannte Frequenzkamm, den Hänsch und seine Kollegen in den neunziger Jahren entwickelten. Mit dem Instrument war es erstmals möglich, die Billiarden von Schwingungen, die eine Lichtwelle pro Sekunde vollführt, zu zählen und dadurch eine nur ungenau bekannte Frequenz eines Laborlasers präzise zu bestimmen. Dank des Frequenzkamms ist man heute in der Lage, optische Frequenzen mit einer Genauigkeit von neunzehn Stellen stabil zu halten. Damit sind neuartige Atomuhren möglich, in denen nicht mehr die Mikrowellenschwingungen von Cäsiumatomen als Taktgeber fungieren, sondern die wesentlich schnelleren optischen Frequenzen von Atomen. Glasfaserleitung, die derzeit zwischen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig (PTB) und dem MPI für Quantenoptik verlegt wird. Sie soll die optische Atomuhr der PTB mit der Cäsiumuhr in Garching synchronisieren. Die Präzision der Frequenzmessung erlaubt es, Naturkonstanten daraufhin zu prüfen, ob sie konstant sind oder sich nicht mit der Zeit um einen kleinen Betrag ändern. Astronomen verwenden den Frequenzkamm bei der Suche nach Exoplaneten. Durch den Umlauf eines Trabanten, der mit Teleskopen nicht gesichtet werden kann, verschieben sich die Spektrallinien des Sterns auf charakteristische Weise. Die Abweichungen lassen sich mit dem Frequenzkamm nachweisen.

Professor auf Lebenszeit

Ein Jahr nach seinem Nobelpreis sorgte er zu seinem 65. Geburtstag noch einmal für Schlagzeilen, als er gegen seine Zwangspensionierung protestierte und drohte gegebenenfalls wieder nach Amerika auszuwandern. Das deutsche Beamtenrecht verlangt, dass man muss mit 65 in Pension gehen muss und nicht weiterforschen darf. Natürlich ist er nicht in Ruhestand gegangen. Er hat eine besondere Regelung mit dem Freistaat Bayern ausgehandelt, wonach er an der Ludwig-Maximilians-Universität bis auf Lebenszeit einen Lehrstuhl innehaben darf, der von der Carl-Friedrich von Siemens-Stiftung finanziert wird. Und am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, wo er eine Gruppe von hundert Wissenschaftlern unterhält, bleibt er mit Unterstützung der Max Planck Förderstiftung noch fünf Jahre lang Direktor. „Danach werde ich Emeritus. Aber meine Kollegen haben mir versichert, dass ich auch danach weiter forschen darf - solange die Gesundheit und die Energie das zulassen“, sagt Hänsch.

Das große Kind

Neben Beharrlichkeit, Fleiß und dem Willen zur harten Arbeit sagt man dem blitzgescheiten Physiker, der eher die leisen Töne einschlägt und Rummel um seine Person meidet, einen ausgeprägten Spieltrieb nach. In Stanford, so weiß ein Kollege zu berichten, hatte Hänsch eine kleine Fräsmaschine gebastelt, mit der er seine Bleistifte spitzte. Der Clou daran: Das Maschinchen wurde von dem ersten Commodore-Rechner gesteuert, der damals zu kaufen war. Nicht weniger kurios war ein von ihm ersonnenes Gerät, das der Messung von Wellenlängen diente. Während solche Interferometer üblicherweise extrem empfindlich auf Erschütterungen reagieren, konnte Hänsch seinen Apparat auf einer Spielzeuglokomotive umherfahren lassen.

Ein Pudding der leuchtet

Legendär sind auch Hänschs Laserexperimente in Stanford mit Pudding. Nachdem der einen Laserstrahl auf einen Wassertropfen gerichtet hatte, der plötzlich selbst zum Laser wurde und grün strahlte, kam ihm die Idee, das gleiche mit Pudding zu versuchen. Er und seine Kollegen kochten tagelang Pudding - mit Gelatine gelang schließlich das Experiment. Zwar kam der Wackelpudding-Laser nie wirklich zum Einsatz. Hänsch und seine Kollegen konnten aber zeigen, dass sich fast alles als Lasermedium eignete. Kurz darauf wurde der Farbstofflaser erfunden.

Quelle: FAZnet
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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