Stand: 06.10.2016 11:48 Uhr

Seit 1964 forscht DESY im "Teilchenzoo"

von Irene Altenmüller, NDR.de

25. Februar 1964, kurz vor Mitternacht: Eine Handvoll Physiker drängt sich im Kontrollraum des neuen Teilchenbeschleunigers DESY in Hamburg-Bahrenfeld. Die Forscher drücken auf den entscheidenden Schalter - kurz darauf können sie jubeln: Rund 8.000 Mal flitzt der erste Elektronenstrom durch die kreisförmige Vakuumröhre des Beschleunigers.

Nach den ersten erfolgreichen Praxistests geht DESY offiziell in Betrieb. Fast mit Lichtgeschwindigkeit rasen die Elektronen durch die Röhre, große Elektromagneten halten sie in ihrer Bahn. Wenn sie genug Energie aufgenommen haben, lassen die Forscher sie frontal aufeinanderprallen. Bei der Kollision entstehen kurzlebige Teilchen, winzige Bausteine der Materie. Detektoren machen sie für die Forscher sichtbar. 

DESY, PETRA, FLASH - was ist das eigentlich?

Einblicke in den "Teilchenzoo"

Doch wozu der ganze Aufwand? Forscher hatten herausgefunden, dass es weit mehr der winzigen Materiebausteine gibt als zuvor angenommen. Man sprach von einem ganzen "Teilchenzoo". Mithilfe der damals 100 Millionen D-Mark teuren Anlage wollten die Forscher diese Grundbausteine der Materie in Hamburg sichtbar machen.

Auf der Suche nach den kleinsten Teilchen

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1959 unterzeichneten Siegfried Balke (li.) und Max Brauer den Staatsvertrag, mit dem die Forschungsanlage DESY gegründet wurde.

Teilchenbeschleuniger gab es damals nur in wenigen Ländern, darunter in den USA. Am 18. Dezember 1959 unterschrieben im Hamburger Rathaus der damalige Erste Bürgermeister Max Brauer und der Bundesminister für Atomkernenergie und Wasserwirtschaft, Siegfried Balke, einen Staatsvertrag zur Gründung der "Stiftung Deutsches Elektronen-Synchrotron", abgekürzt DESY. 90 Prozent der Kosten übernahm das Ministerium, zehn Prozent die Stadt Hamburg. Die Anlage entstand in Hamburg-Bahrenfeld, auf einem Gelände, das in der Vergangenheit als Exerzierplatz und Militärflughafen genutzt worden war.

Auf DESY folgen weitere Beschleuniger

Der Beschleuniger DESY, der bis heute der gesamten Forschungsanlage seinen Namen gibt, war aber nur der Anfang. Im Verlauf der Jahrzehnte entstanden weitere Beschleuniger - sie hießen DORIS, PETRA oder auch HERA, mit 3,6 Kilometern der längste Beschleunigerring auf dem Gelände. Heute ist die Entwicklung, der Bau und der Betrieb von Teilchenbeschleunigern einer von drei Forschungsschwerpunkten bei DESY.

Das Gluon - entdeckt bei DESY

Die Teilchenphysik, die sich der Frage nach dem inneren Aufbau der Materie widmet, ist der älteste Forschungsbereich. Einen besonderen Erfolg auf diesem Gebiet verbuchten die Forscher 1979: An PETRA konnten die Wissenschaftler erstmals das Gluon nachweisen - die wohl bekannteste Entdeckung, die bei DESY gemacht wurde. Das Gluon ist das Trägerteilchen der sogenannten starken Kraft, die neben Gravitation, elektromagnetischer Kraft und schwacher Kraft eine der vier fundamentalen Naturkräfte darstellt. Bildlich gesprochen ist das Gluon eine Art Klebstoff, das die Materieteilchen zusammenhält.

Mit Lichtblitzen die Nanowelt erkunden

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Mit Synchrotronstrahlung lassen sich Materialien durchleuchten. So wurde etwa ein übermaltes Van-Gogh-Gemälde wieder sichtbar.

Ein weiterer Schwerpunkt bei DESY ist die Forschung mit Photonen, also Lichtteilchen. Werden Elektronen stark beschleunigt, so geben sie einen Teil ihrer Energie als intensiven Lichtstrahl ab. Diese sogenannte Synchrotronstrahlung können Wissenschaftler nutzen, um sich Einblicke in die Nanowelt zu verschaffen und etwa Molekülstrukturen zu untersuchen. Oder auch, um verschiedenste Materialien zu "durchleuchten". So wurde etwa mit der Synchrotronstrahlung des Beschleunigers DORIS im Jahr 2008 ein übermaltes Van-Gogh-Gemälde wieder sichtbar gemacht - ein Forschungserfolg, der auch in den Medien ein breites Echo fand.

Auch PETRA dient mittlerweile als Röntgenstrahlungsquelle. Seit 2009 erzeugen Wissenschaftler mit PETRA III Strahlung im Bereich des harten, sehr kurzwelligen Röntgenlichts. Dieses Licht ist sehr intensiv, scharf gebündelt und blitzt in kurzen Pulsen. Forscher können damit sehr kleine Proben untersuchen. Biologen nutzen es etwa, um die atomare Struktur von Proteinkristallen zu erforschen.

DESY in Zahlen

- Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft
- gegründet am 18. Dezember 1959 in Hamburg
- Standorte: Hamburg und Zeuthen (Brandenburg)
- Etat: 192 Millionen Euro, davon 173 Millionen Euro in Hamburg, 19 Millionen Euro in Zeuthen
- finanziert zu 90 Prozent vom Bund, 10 Prozent finanzieren Hamburg und Brandenburg
- etwa 2.000 Mitarbeiter
- jährlich rund 3.000 Gastforscher aus über 40 Nationen

FLASH - ultrakurze Lichtblitze

Mit dem Freien Elektronen Laser FLASH ist auf dem DESY-Gelände seit 2005 auch ein Linearbeschleuniger in Betrieb - der einzige weltweit, der Lichtblitze im extremem Ultraviolettbereich bis hin zur weichen, also relativ langwelligen Röntgenstrahlung erzeugt. Statt im Kreis werden die Teilchen in der 300 Meter langen schnurgeraden Anlage durch einen supraleitenden Beschleuniger fast bis auf Lichtgeschwindigkeit gebracht und durch "Undulatoren" geleitet - Strukturen aus vielen Hundert Magnetpaaren, die die Elektronen auf einen Slalomkurs zwingen. Dabei senden die Teilchen ultrakurze, starke Lichtblitze aus. Mit ihnen lassen sich unter anderem Prozesse verfolgen, die extrem schnell ablaufen, wie beispielsweise chemische Reaktionen.

Sowohl die Messplätze in der FLASH-Experimentierhalle als auch bei PETRA sind sehr begehrt - nur ein kleiner Teil der weltweiten Anfragen von Forschungseinrichtungen und Unternehmen kann bedient werden.

European XFEL: Milliardenprojekt zwischen Hamburg und Schenefeld

DESY-Besichtigungen

Jeden 1. Sonnabend im Monat um 10 Uhr
Treffpunkt: DESY-Haupteingang, Notkestraße 85
Die Führung dauert zweieinhalb bis drei Stunden und beginnt mit einem 45-minütigen Einführungsvortrag.

Anmeldung erbeten per Telefon unter (040) 89 98 36 13 oder per E-Mail unter desypr@desy.de

Auf dem gleichen Prinzip wie FLASH basiert auch das neueste Projekt bei DESY: Ab 2017 soll der europäische Freie-Elektronen-Röntgenlaser European XFEL seinen Betrieb als stärkste Röntgenquelle der Welt aufnehmen. Forscher werden damit beispielsweise chemische Reaktionen einzelner Atome abbilden können. Die 3,4 Kilometer lange, lineare Beschleunigerröhre, die unterirdisch vom DESY-Gelände bis nach Schenefeld führt, ist bereits fertig. Etwa 1,2 Milliarden Euro wird der neue Röntgenlaser kosten, an der Finanzierung beteiligen sich zwölf Länder.

Auf der Spur der Geisterteilchen

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Rund 5.600 Module wurden bis zu 2.450 Meter tief ins klare Eis eingelassen, um die Neutrinos aufzuspüren.

Doch auch die Teilchenphysik hat für DESY weiterhin größte Bedeutung. So sind die Hamburger an den Forschungen am Large Hadron Collider LHC beteiligt, einem gigantischen Ringbeschleuniger mit 27 Kilometern Umfang beim Forschungszentrum CERN in Genf. Dort entdeckten Forscher im Jahr 2012 das lang gesuchte Higgs-Teilchen. Auch an dem Zukunftsprojekt International Linear Collider ILC, einem Linearbeschleuniger, arbeitet das DESY mit. Ein weiteres spektakuläres Projekt heißt Icecube: Tief ins ewige Eis der Antarktis haben Forscher rund 5.600 Detektoren eingelassen. Sie dienen als riesiges Teleskop, um sogenannte Neutrinos aufzuspüren. Diese Teilchen fliegen durch alle Materie meist ungehindert durch und werden deshalb auch Geisterteilchen genannt. In der Antarktis suchen die Forscher nach Neutrinos, die nicht aus unserem Sonnensystem, sondern etwa aus Schwarzen Löchern oder Supernova-Explosionen stammen.

Weitere Informationen

Lichtshow zum Start des Riesen-Röntgenlasers

Hamburg will den weltweit stärksten Röntgenlaser XFEL mit einer Licht- und Lasershow begrüßen. Die Großforschungsanlage an der Stadtgrenze wird in zwei Wochen eröffnet. (18.08.2017) mehr

Dieses Thema im Programm:

Hamburg Journal | 19.05.2010 | 19:30 Uhr

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