Für die Entwicklung hochpräziser Werkzeuge aus Licht bekommen drei Laser-Physiker aus den USA, Frankreich und Kanada den diesjährigen Nobelpreis für Physik. Eine Hälfte des mit etwa 870 000 Euro (9 Millionen Schwedischen Kronen) dotierten Preises geht an Arthur Ashkin (96, USA). Gérard Mourou (74, Frankreich) und Donna Strickland (59, Kanada) teilen sich die zweite Hälfte.
Von der Erfindung, die Mourou und Strickland gemeinsam erarbeiteten, profitieren Millionen Patienten weltweit. Metallstents etwa, die Blutgefäße am Herzen offenhalten sollen, werden damit produziert. Am bekanntesten dürfte die Abtragung von Hornhaut durch Laser sein, die weltweit millionenfach vorgenommen wird. Künftig könnten auch neue Medikamente, effizientere Solarzellen oder bessere Katalysatoren erzeugt werden, betont das Komitee.
Bis zu den Entwicklungen der Forscher galt es als Science Fiction, die Kraft des Lichts zu nutzen. In der US-Serie «Star Trek» etwa verfügt das Raumschiff über einen Traktorstrahl, mit dem sich Objekte festhalten und bewegen lassen. Die von Ashkin entwickelten Optischen Pinzetten kommen dieser Vorstellung in der Realität zumindest nahe.
Ashkin begann in den 1960er Jahren unmittelbar nach der Entwicklung des ersten Lasers mit der Erforschung der Lichtkraft. Er erkannte, dass sich mit Laserstrahlen winzige Kügelchen bewegen lassen. Später ließen sich selbst einzelne Atome mit der Optischen Pinzette greifen. Ashkin studierte in den folgenden Jahren Bakterien, Viren und lebende Zellen mit der Methode.
Zahlreiche Anwendungen basierten auf den Entwicklungen von Ashkin, heißt es in der Begründung des Nobelkomitees. In vielen Laboren würden Laserpinzetten eingesetzt, um biologische Phänomene zu untersuchen, etwa Proteine, DNA oder das Innenleben von Zellen. «Es geht um die Basis des Lebens, um das, was in den Zellen passiert», sagte Heiner Linke, Mitglied der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften.
Mit Hilfe einer Weiterentwicklung, dem Raman-Trapping-Mikroskop, ließen sich seltene, oft versteckte Bakterien in einer Bakterienkultur fangen und erkennen, sagte Karin Schütze, Geschäftsführerin von CellTool in Tutzing, die nach ihrem Studium mit Ashkin zusammengearbeitet hat. Damit könnten auch Krebszellen einmal beispielsweise im Blut oder Urin nachgewiesen werden. In der Testphase sei bereits eine schnelle Untersuchung von Blutproben auf die Funktionsfähigkeit von Zellen und bestimmte Bakterien.
Der mit 96 Jahren bisher älteste Nobelpreisträger reagierte gelassen auf die Würdigung seines Lebenswerks. Er sagte dem Nobelkomitee, er könne wohl keine Interviews geben, er sei sehr beschäftigt mit seiner aktuellen Veröffentlichung. Ausgelassener reagierte Strickland auf den Anruf des Komitees: «Zuerst muss man denken: Das ist verrückt.» Strickland ist erst die dritte Frau, die mit einem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wird - 55 Jahre nach der letzten Preisträgerin Maria Goeppert Mayer (1963). Marie Curie hatte 1903 einen Physik-Nobelpreis bekommen.
«Wir müssen Physikerinnen feiern, denn es gibt sie da draußen», sagte die Laserexpertin am Dienstag in einem Telefonat mit der königlich-schwedischen Akademie für die Wissenschaften. «Ich fühle mich geehrt, eine dieser Frauen zu sein.»
Strickland und Mourou hatten in den 1980er Jahren in den USA ein Verfahren entwickelt, Laserpulse zu verkürzen und zu verstärken. Damit bereiteten sie «den Weg für die kürzesten und intensivsten Laserpulse, die je von der Menschheit geschaffen wurden», so das Nobelkomitee. Schon in der ersten Version steigerte diese sogenannte Verstärkung gechirpter Pulse (Chirped Pulse Amplification; CPA) die Energieintensität um mehrere Größenordnungen.
Das Verfahren kann dazu genutzt werden, extrem schnell ablaufende Prozesse auf molekularer oder atomarer Ebene zu verfolgen. Zudem können Laserstrahlen dieser Intensität Materie verändern. Damit können präzise Löcher in diverse Materialien gebohrt werden. Zudem lassen sich Daten so nicht nur auf der Oberfläche eines Materials speichern, sondern in dem Material selbst.
Am Montag waren die Preisträger in Medizin bekanntgegeben worden: Der US-Amerikaner James Allison und der Japaner Tasuku Honjo erhalten dieses Jahr die höchste Medizin-Auszeichnung für die Entwicklung von Immuntherapien gegen Krebs. Am Mittwoch sollten die Träger des Chemie-Nobelpreises verkündet werden. Die feierliche Überreichung der Auszeichnungen findet traditionsgemäß am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel.
