Lernt unsere MPSP Fellows kennen: Interview mit Stefan Karsch

Im heutigen Interview teilt Prof. Dr. Stefan Karsch mit uns die überraschendste Photonik Anwendung, die ihm im Laufe seiner Forschung begegnete. 
 Prof. Dr. Stefan Karsch ist Gruppenleiter der “High Field Lasers & Applications Group (HiFLAG)” und Professor für Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität in München.

Was hat Sie ursprünglich zu dem Studienbereich der Photonik hingezogen, und wie hat Sie das zur Max Planck School of Photonics (MPSP) geführt?

Laser haben mich schon immer fasziniert, vor allem wegen der bunten Laserstrahlen, die ich als Gymnasiast auf der Münchner Laserausstellung gesehen habe. Als Facharbeit für das Abitur habe ich einen Holografieaufbau mit einem HeNe-Laser gebaut und Hologramme auf Film aufgenommen, den habe ich heute noch in meinem Büro. Während meines Studiums an der Technischen-Universität-München stand die Laserphysik ein wenig im Schatten der starken Kern- und Teilchenphysik, so dass ich zunächst ein Studium der Accelerator Physik aufnahm und dann in der Kernphysik als erstes Promotionsthema arbeitete. Als sich jedoch die Gelegenheit ergab, am Max Planck Institut für Quantenoptik an der Teilchenbeschleunigung mit Lasern zu arbeiten, sprang ich auf den Zug auf und stieg nicht mehr ab. Da unsere Gruppe durch Ferenc Krausz von Anfang an bei der MPSP beteiligt war, wurde ich auch Teil davon.

 

Was war für Sie die bisher größte Herausforderung im Bereich der Photonik und wie haben Sie sie gemeistert?

Die größte Herausforderung für einen Experimentalphysiker ist und war es schon immer, die besten jungen Talente für das Fachgebiet zu gewinnen und auszuwählen. Hier hat die MPSP einen Unterschied gemacht, indem sie mir geholfen hat, drei meiner besten Studierenden in den letzten Jahren zu finden und einzustellen. Die andere Herausforderung ist der Versuch, wettbewerbsfähig zu bleiben und im eigenen Fachgebiet an der Spitze zu stehen, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich diese Herausforderungen schon bewältigt habe. Alle anderen wissenschaftlichen Herausforderungen, von denen es viele gibt, verblassen im Vergleich dazu. Aber bei diesen Herausforderungen habe ich immer die Erfahrung gemacht, dass eine ehrliche Zusammenarbeit und synergetische Arbeit zwischen gleichberechtigten Partnern viele Probleme lösen kann, anstatt sich auf einen erbitterten Wettbewerb zu verlassen.

 

Die Zusammenarbeit spielt in der Forschung eine wichtige Rolle. Was war Ihre beste Erfahrung diesbezüglich, und wie hat sich diese Erfahrung auf Ihre Arbeit ausgewirkt?

Wir arbeiten mit vielen Instituten zusammen, aber unsere längste Zusammenarbeit besteht mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) als Teil der Helmholtz-Gesellschaft, und der Universität Oxford. Während das HZDR uns Zugang zu hochmodernen experimentellen Einrichtungen und ausgezeichneter experimenteller Erfahrung verschafft, finden unsere Freunde in Oxford immer eine Lösung für komplexe physikalische Probleme, die meine kleine Gruppe (und mein Gehirn) nur mit Mühe lösen können. Und die Treffen in Oxford enden immer mit einem Besuch in einem der örtlichen Pubs, was für interessante Gespräche unschlagbar ist.

 

Was sind einige der überraschendsten oder unerwartetsten Anwendungen der Photonik, auf die Sie bei Ihren Forschungen oder Studien gestoßen sind?

Als leitender Forscher muss die Antwort auf diese Frage sehr spezifisch sein, da man sich mit der Zeit sehr spezialisiert: Auf der Suche nach höheren Elektronenenergien aus einem Kielfeld-Beschleuniger fügten wir ein zweites Plasma hinter dem ersten hinzu, in der Hoffnung, dass der aus dem ersten Plasma austretende Laserpuls einen weiteren Beschleuniger im zweiten Plasma antreibt und so die Energie erhöht. Stattdessen konnten wir beobachten, dass ein 40-Megavolt-Elektron in einem 1,5 mm dicken, ziemlich verdünnten Plasma vollständig gestoppt werden konnte. Das ist ein Viertel des Bremsbereichs, selbst in Blei. Wir folgerten daraus, dass dieses starke Abbremsen durch die kollektive Anregung einer Plasmawelle im zweiten Jet vermittelt werden musste, und nutzten diese Idee, um zu untersuchen, ob diese sekundäre Welle, die von Elektronen angetrieben wird, auch zur Beschleunigung von Teilchen genutzt werden kann. Diese verrückte Idee war seither äußerst erfolgreich und hat eine umfangreiche Forschungszusammenarbeit zwischen führenden Plasmabeschleunigungsgruppen und viele hochkarätige Veröffentlichungen hervorgebracht. Sie könnte sogar eine Möglichkeit bieten, noch nie dagewesene helle Elektronenstrahlen in einer sehr kompakten Anlage zu erzeugen.

 

Welchen Rat würden Sie Studenten oder Nachwuchsforschern geben, die auf dem Gebiet der Photonik etwas bewirken wollen, und wie können sie trotz der Herausforderungen motiviert bleiben?

Wählt euer Arbeitsgebiet nach euren persönlichen Vorlieben und scheut nicht davor, das Thema zu wechseln, wenn ihr das Gefühl habt, dass euch euer gewähltes Thema nicht genug interessiert. Wenn ihr eure Arbeit liebt und sie euch viel Freude bereitet, kommt die Motivation von selbst.

 

Wie unterscheidet sich Ihre Forschung an der MPSP von Ihren bisherigen Erfahrungen in der Photonik? Und welche einzigartigen Möglichkeiten haben Sie hier gefunden?

Nicht so sehr, um ehrlich zu sein. Vor meiner Zeit als Universitätsprofessor habe ich am Max Planck Institut für Quantenoptik gearbeitet, wo ich bereits reichlich Gelegenheit hatte, die einzigartige Forschungsatmosphäre dort zu erleben. Die MPSP ist ziemlich einzigartig darin, exzellente Studierende aus der ganzen Welt anzuziehen und auszubilden. Und während der Aspekt der Studierenden Rekrutierung mit anderen Max-Planck-Graduiertenprogrammen konkurriert, ist der Aspekt der Ausbildung wirklich einzigartig. Aber als Mitglied einer nicht lehrenden Universität ist es für mich schwierig, diese Vorteile zu nutzen, es sei denn, ein MPSP-Student bewirbt sich, um sein Abschlussprojekt in meiner Gruppe durchzuführen.

 

Sie sind nun schon seit einiger Zeit an der MPSP tätig. Was war der denkwürdigste Moment oder Durchbruch, auf den Sie während Ihrer Zeit hier besonders stolz sind?

Der denkwürdigste Moment war die Thesis-Verteidigung meines ersten MPSP-Forschungskandidaten. Bislang gab es eine, und eine weitere steht bald an.

 

Was reizt Sie am meisten an der Zukunft der Photonik, und wohin soll Ihre Forschung Sie in den nächsten Jahren führen?

Ich hoffe, dass wir als Universität einen Einfluss auf die bahnbrechende Forschung haben, um laserbasierte Teilchenbeschleuniger zu verbessern und zu kompaktieren und damit die Vorteile von Beschleunigern für ein breiteres Spektrum von Einrichtungen und Nutzern zugänglich zu machen. Wenn wir dies durch die Entwicklung neuer Laserkonzepte und neuer Plasmaschemata erreichen können, war meine Arbeit erfolgreich.