Der Nobelpreis für Physik 2018 geht an die Laserphysiker Arthur Ashkin (96) aus den USA, Gérard Mourou (74) aus Frankreich und Donna Strickland (59) aus Kanada. Sie werden für ihre Beiträge im Feld der Laserphysik geehrt, die von der Bewegung winziger Objekte durch Licht bis zur Anwendung in Augenoperationen reichen.

Olga Botner vom Nobel-Komitee für Physik sagte dazu: "In den vergangenen Jahrzehnten haben Laser entscheidende Anwendung in verschiedenen Feldern gefunden – von Laserdruckern bis in die Medizin. Laser werden unser Leben in der Zukunft drastisch verändern."

Bewegung durch Licht

Ashkin von den Bell Laboratories in Holmdel erhält eine Hälfte des Preises für die Entwicklung "optischer Pinzetten" und ihre Anwendung in biologischen Systemen. Wie der Name vermuten lässt, ermöglicht eine optische Pinzette das Festhalten und Bewegen winziger Objekte. Dafür wird ein Laserstrahl in ein optisches Mikroskop eingespiegelt und dadurch in der Objektebene fokussiert. Wenn der Laser einmal so eingestellt ist, dass das Objekt im Fokus liegt, führt jede Lageabweichung dazu, dass es durch Impulsübertragung bei der Brechung wieder in den Fokus gezogen wird. Außer durch fokussierende Optiken wird auch mit holografischer Bündelung des Laserlichts gearbeitet.

Der Durchbruch gelang Ashkin 1987, als er mithilfe der Technik lebende Bakterien bewegen konnte, ohne sie zu schädigen. Dieses neue Werkzeug habe "einen alten Traum der Science-Fiction" ermöglicht, wie es in der Begründung des Nobel-Komitees heißt: Licht zu verwenden, um physische Objekte zu bewegen. Die Methode dient biologischen und medizinischen Anwendungen – etwa bei Zelluntersuchungen.

In vielen Laboren werden optische Pinzetten heute als Standardwerkzeug zur Untersuchung biologischer Prozesse eingesetzt. Inzwischen können dabei auch Tausende "Pinzetten" gleichzeitig eingesetzt werden, um etwa infizierte Blutzellen von gesunden zu trennen.

Laserpulse für Augen-OPs

Mourou von der École Polytechnique in Palaiseau und Strickland von der University of Waterloo in Ontario teilen sich die andere Hälfte des Nobelpreises für ihre Methode zur Erzeugung hochintensiver, ultrakurzer optischer Pulse. Die beiden Physiker haben den Weg geebnet, um die kürzesten und intensivsten Laserpulse zu erzeugen, die es je gab, heißt es in der Begründung des Komitees. Der revolutionäre Artikel ist 1985 publiziert worden und war die Grundlage für Stricklands Doktorarbeit.

Ihre "Chirped Pulse Amplification" genannte Technik wurde bald zum Standard für Hochleistungslaser, die in unzähligen Anwendungen zum Einsatz kommen. Ein besonders wichtiges Gebiet sind korrektive Augenoperationen, die jedes Jahr millionenfach durchgeführt werden. Auch an der Nutzung in Krebstherapien wird geforscht.

Mourou studierte an den Universitäten Grenoble und Paris-Süd. Nach dem Doktorat war er an der San Diego State University in Kalifornien und der Universität Rochester in New York sowie an der Universität Michigan tätig.

Donna Strickland studierte an der McMaster University in Hamilton, Kanada, und der Universität Rochester, wo sie bei Mourou dissertierte. Im Rahmen ihrer Dissertation gelang der Durchbruch, für den die beiden Physiker nun ausgezeichnet werden.

Ältester Laureat in der Nobelpreis-Geschichte

Arthur Ashkin ist mit 96 Jahren der älteste Wissenschafter, der je einen Nobelpreis erhielt. Beim Anruf des Nobel-Komitees ließ er verlauten, dass er eher keine Medieninterviews geben wolle, da er gerade sehr beschäftigt sei, seine jüngste Publikation abzuschließen.

Aufgewachsen in Brooklyn, studierte Ashkin am Columbia College und promovierte an der Universität Cornell. Ab 1952 war er an den Bell Laboratories tätig, wo er bis zu seinem Ruhestand 1992 arbeitete. Neben der optischen Pinzette gilt er als Pionier von Optical Trapping – dabei werden Atomfallen mit Lasern gebaut.

Dritte Frau mit Physiknobelpreis

Donna Strickland ist erst die dritte Frau, die mit einem Physiknobelpreis bedacht wird: Die einzigen Laureatinnen waren bisher Marie Skłodowska Curie im Jahr 1903 und Maria Goeppert-Mayer 1963.

Während der Bekanntgabe stand Strickland am Telefon für ein kurzes Gespräch zur Verfügung: "Was, es haben erst zwei Frauen den Physiknobelpreis bekommen?", sagte sie den Anrufern aus Stockholm. "Ich hätte mir gedacht, dass es mehr gewesen sind. Offensichtlich müssen wir weibliche Physikerinnen feiern und hoffentlich haben wir in der Zukunft einen höheren Anteil. Ich fühle mich geehrt, eine dieser Frauen zu sein."

Im Vorjahr erhielten die US-Amerikaner Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish die Auszeichnung für den erstmaligen Nachweis der Gravitationswellen. Die erste direkte Messung gelang am 14. September 2015 an den Ligo-Detektoren in Livingston, Louisiana, und Hanford, Washington. "Es war ein Ereignis, das die Welt erschüttert hat", sagte Göran Hansson, der Vorsitzende des Nobelkomitees bei der Begründung der Nobel-Entscheidung 2017.

Die Wissenschaftspreise 2018

Die diesjährige Nobelpreiswoche startete am Montag traditionell mit der Kategorie Physiologie oder Medizin: Der Preis ging an die Krebsforscher James P. Allison von der University of Texas und Tasuku Honjo von der Universität Kyoto für ihre Beiträge zur Krebsbehandlung durch Immuntherapie. Am Mittwoch folgt die Bekanntgabe des oder der Laureaten in der Kategorie Chemie.

Der Nobelpreis ist mit neun Millionen schwedischen Kronen (rund 870.000 Euro) dotiert, gibt es mehrere Preisträger, wird das Geld geteilt. Übergeben werden die Nobelpreise alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel. (dare, jdo, tasch, trat, 2.10.2018)