Wir be­schäf­ti­gen uns in unserer For­schung mit den ultraschnellen Pro­zes­sen der Elek­tro­nen­dy­na­mik auf fundamentaler Ebe­ne, von einfachen Anregungsprozessen in Atomen bis zu den kom­ple­xen bio­lo­gi­schen Abläufen in mensch­li­chen Zellen. Die dabei re­le­van­ten Zeitskalen liegen im Be­reich von Attosekunden, das sind 10⁻¹⁸ Se­kun­den — anschaulich verhält sich eine Attosekunde also zu einer Sekunde, wie eine Sekunde zum ge­sam­ten Alter des Universums!
Um diese Elek­tro­nen­dy­na­mik messen zu kön­nen, bedarf es einer ultraschnellen Stoppuhr: In unseren Ex­pe­ri­men­ten verwenden wir dafür Röntgenpulse, überlagert mit den Schwing­ung­en eines zirkular polarisierten Laserfeldes, und ein winkelaufgelöstes Elektronenspektrometer. Damit kann man eine so­ge­nannte „Streaking-Kamera“ mit extrem kurzer Belichtungszeit bauen. Am Freie-Elek­tro­nen-Laser LCLS in Stanford, USA, haben wir dieses Prinzip im Jahr 2018 erstmals demonstriert ¹. Derzeit ar­bei­ten wir zu­sam­men mit einer Gruppe für „Ma­schi­nel­le In­tel­li­genz“ der Uni­ver­si­tät Kassel an der Ent­wick­lung eines neuen ex­pe­ri­men­tel­len Aufbaus, der an DELTA in Dort­mund getestet wird und in naher Zukunft zeit- und winkelaufgelöste Röntgenspektroskopie am European XFEL in Hamburg mit Online-Auswertung er­lau­ben soll.

 ¹ Hartmann, N. et al. Attosecond time–energy structure of X-ray free-electron laser pulses. Nat. Photonics 12, 215–220 (2018)