Beschleuniger

Beschleuniger zählen zu den wichtigsten Werkzeugen der Forschung. Sie bringen winzige, elektrisch geladene Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten – bis fast an die Lichtgeschwindigkeit, auf annähernd 300 000 Kilometer pro Sekunde. Von den schnellen Teilchen profitieren die unterschiedlichsten Forschungsdisziplinen: Teilchenphysiker lassen sie frontal aufeinanderprallen, um die kleinsten Bausteine der Materie zu untersuchen. Forschende aus den Bereichen Chemie, Materialwissenschaft und Biologie erzeugen mit Beschleunigern das hellste Röntgenlicht der Welt, um verschiedenste Materialien unter die Lupe zu nehmen – von Flugzeugturbinen über Mikrochip-Halbleiter bis zu lebenswichtigen Proteinen. Und Mediziner nutzen Beschleuniger für die Krebstherapie. Mit energiereichen  Teilchenstrahlen lassen sich Tumore gezielt zerstören.

Die Beschleunigerphysiker bei DESY arbeiten an beiden Fronten. Mit der TESLA-Technologie haben sie gemeinsam mit internationalen Partnern ein innovatives Konzept entwickelt, auf dem nicht nur ein künftiger Superbeschleuniger für die Teilchenphysik basieren soll, sondern auch die stärkste Röntgenquelle der Welt – der Röntgenlaser European XFEL in Hamburg. Zudem tüfteln die Fachkräfte bereits an den Konzepten von übermorgen – an einem völlig neuen Prinzip, mit dem sich Teilchen eines Tages deutlich effektiver auf Trab bringen lassen könnten als heute.

Forschung mit Photonen

Die Lichtquellen bei DESY basieren auf Teilchenbeschleunigern und liefern extrem intensives Röntgenlicht. Diese „Supermikroskope“ zeigen die atomaren Details und das Verhalten von Materialien und Biomolekülen – und bilden die Grundlage zur Entwicklung neuer Technologien.

Ein Beispiel sind die Nanomaterialien, also Werkstoffe mit Strukturen im Bereich von millionstel Millimetern. Sie dringen immer weiter in den Alltag vor – von der Computertechnik über extrem kratzfeste Oberflächen bis hin zu optimierten Therapieverfahren in der Medizin. Auch neue energieeffiziente Materialien für Brennstoff- oder Solarzellen lassen sich entwickeln. Und nicht zuletzt profitiert die Medizin von dem interdisziplinären Anwendungspotenzial der DESY-Lichtquellen: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entschlüsseln molekulare Mechanismen, auf deren Grundlage Pharmafirmen neue Medikamente entwickeln können.

Mit dem Bau und Ausbau von exzellenten Lichtquellen und interdisziplinären Forschungskooperationen ist DESY international führend in der weltweiten Forschung mit Photonen.

Teilchenphysik

Teilchenphysiker sind den grundlegenden Rätseln des Universums auf der Spur: Was hält das Weltall zusammen, und wie kommen Teilchen überhaupt zu ihrer Masse? Als DESY 1959 gegründet wurde, war die Erforschung der kleinsten Teilchen die Hauptaufgabe des Zentrums. Im Laufe der Jahrzehnte steuerte es zentrale Mosaiksteine zur Teilchenphysik bei: Mit dem Speicherring PETRA entdeckten Forscher das Gluon – jenes „Klebeteilchen“, das die Quarks zusammenschweißt und ohne das es keine Atome gäbe. Später durchleuchteten sie mit dem HERA-Beschleuniger das Proton mit extrem hoher Präzision. Das überraschende Ergebnis: Das Innenleben dieses für unsere Welt so wichtigen Teilchens entpuppte sich als viel komplexer als erwartet.

Heute beteiligen sich DESY-Forscher an den großen Experimenten am LHC in Genf, dem leistungsstärksten Beschleuniger der Welt. Andere werfen einen tiefen Blick in den Kosmos: Mit spektakulären Detektoren und Teleskopen analysieren die Experten exotische Teilchen, die aus fernen Winkeln des Weltalls kommen und über faszinierende Phänomene Auskunft geben können: schwarze Löcher, explodierende Sterne und Strahlungsausbrüche von unvorstellbarer Intensität.

Astroteilchenphysik

In der Astroteilchenphysik untersuchen DESY-Forscherinnen und -Forscher hochenergetische Prozesse im Universum. Mit spektakulären Detektoren und Teleskopen analysieren die Experten Neutrinos und Gammastrahlen, die aus fernen Winkeln des Weltalls kommen und über faszinierende Phänomene Auskunft geben können: schwarze Löcher, explodierende Sterne und Strahlungsausbrüche von unvorstellbarer Intensität.

DESY verfügt über umfangreiche Erfahrungen und Kompetenzen in der experimentellen Gammastrahlungs- und Neutrinoastronomie sowie in der theoretischen Astroteilchenphysik. Der Forschungsbereich Astroteilchenphysik bei DESY bündelt diese Expertise und trägt maßgeblich zur Entwicklung dieses wachsenden Forschungsfeldes bei. Der DESY-Standort in Zeuthen wird zu einem Zentrum und Anlaufpunkt der weltweiten Astroteilchenphysik ausgebaut.

DESY unterstützt insbesondere den Ausbau eines globalen Multimessenger-Programms, das Informationen verschiedener Boten (engl.: messenger) aus dem All, wie elektromagnetische Strahlung, Neutrinos und Graviationswellen, kombiniert. Jeder Bote liefert dabei unterschiedliche Informationen – erst durch die Verknüpfung entsteht ein Gesamtbild. So ermöglicht es die Zusammenarbeit von Neutrino-, Gammastrahlungs- und optischen Observatorien, die gemeinsamen Quellen von kosmischer Strahlung und Neutrinos bei höchsten Energien zu identifizieren und zu studieren.