Mit Laserblitzen von weniger als 150 Attosekunden (10^-18 oder trillionstel Sekunden) Dauer ist es Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching gelungen, die Bewegung von Valenzelektronen in der äußersten Schale eines ionisierten Kryptonatoms in Echtzeit zu beobachten. Dieser methodische Durchbruch weckt Hoffnungen, künftig auch in komplexeren Systemen jene fundamentalen Prozesse im Detail untersuchen zu können, die dem Zustandekommen oder Brechen chemischer Bindungen zu Grunde liegen.

Kurz aufeinanderfolgende Laserblitze mit Puldauern im Femtosekundenbereich (10^-15 oder billiardstel Sekunden) dienen schon heute dazu, eine chemische Reaktion zunächst auszulösen und dann ihr Fortschreiten zu verfolgen. Diese Zeitspanne reicht aus, Veränderungen in der Struktur der reagierenden Moleküle festzustellen. Die Bewegung von Valenzelektronen, die letztlich für das Knüpfen oder Lösen chemischer Bindungen verantwortlich ist, läuft jedoch sehr viel schneller ab – auf Zeitskalen unterhalb einer Femtosekunde.

Ferenc Krausz und seine Kollegen konnten die Methode mit entsprechend kürzeren Laserblitzen nun auch auf diesen Bereich ausweiten. In ihrem Experiment ionisierten sie mit einem Anregungspuls im Infrarotbereich eine Anzahl von Kryptonatomen. Das herausgeschossene Elektron hinterließ in deren Valenzschale jeweils ein positiv geladenes "Loch". Mit Abfragepulsen von weniger als 150 Attosekunden Dauer aus dem extremen Ultraviolettbereich sondierten die Forscher dann nach unterschiedlichen Zeiten die Bewegung der verbleibenden Elektronenwolke. Dabei zeigte die variierende Absorption dieser Pulse, dass das Loch innerhalb von nur rund sechs Femtosekunden zyklisch zwischen einer langgestreckten keulenartigen und einer gedrungenen Form wechselt.