Der DESY (Synchrotron von Deutsches Elektronen, "deutsches Elektronsynchrotron") ist das größte deutsche Forschungszentrum für die Partikel-Physik, mit Seiten in Hamburg und Zeuthen.

Die Hauptzwecke von DESY sind Grundlagenforschung in der Partikel-Physik und Forschung mit der Synchrotron-Radiation. Weil dieser DESY entwickelt und mehrere Partikel-Gaspedale führt. DESY wird durch die Behörden finanziert und ist ein Mitglied der Helmholtz Vereinigung von deutschen Forschungszentren.

DESY wurde am 18. Dezember 1959 in Hamburg mittels eines Vertrags gegründet, der vom Bundesminister für die Atomenergie Siegfried Balke und Hamburgs Bürgermeister Max Brauer unterzeichnet ist.

Funktionen

Die Funktion von DESY ist wissenschaftliche Grundlagenforschung mit einer Betonung auf den folgenden drei Themen:

• Entwicklung, Aufbau und Operation von Partikel-Gaspedalen.
• Erforschung der grundsätzlichen Eigenschaften der Sache und Kräfte im Zusammenhang der Partikel-Physik.
• Gebrauch der Synchrotron-Radiation in Oberflächenphysik, materieller Wissenschaft, Chemie, molekularer Biologie, Geophysik und Medizin.

Seiten

DESY besteht aus zwei Seiten, einer größeren in Hamburg, einer kleineren in Zeuthen, beiden in Deutschland.

Hamburg

Die DESY Seite in Hamburg wird in der Vorstadt Bahrenfeld westlich von der Stadt gelegen, und wird durch den Ring des Partikel-Gaspedals PETRA begrenzt. Ein Teil des größeren HERA (Hadron Elektron Ring Anlage) Ring bohrt die Seite, aber die meisten 6.3 km des unter "Altonaer Volkspark" geführten Rings durch.

An der Seite in Hamburg hat der grösste Teil der Forschung von DESY in der hohen Energiephysik mit elementaren Partikeln seit 1960 stattgefunden. Außer den bereits laufenden Gaspedalen gibt es auch einen freien Elektronlaser genannt XFEL entwickelt zu werden. Dieses Projekt wird gemeint, um den zukünftigen Platz von DESY unter den Spitzenforschungszentren der Welt zu sichern.

Zeuthen

Am 1. Januar 1992 hat DESY eine zweite Seite mit dem Institut für die Hohe Energiephysik an Zeuthen (Institut für Hochenergiephysik IfH) bekommen.

DESY Zeuthen trägt zurzeit zu den Experimenten an HERA in Hamburg zum Beispiel durch das Auswerten von Daten bei. Es arbeitet auch mit dem DESY Hamburg in der Entwicklung des XFEL zusammen: Foto-Injektor-Testmöglichkeit, PITZ, optimiert eine Elektronquelle der hohen Helligkeit für das XFEL-Projekt und charakterisiert Injektoren für den BLITZ.

Zeuthen nimmt auch an zwei im Zusammenhang der Forschung von DESY ziemlich ungewöhnliche Projekte teil:

• Für die Neutrino-Astrophysik DESY hat Zeuthen einige Hauptbeiträge zur Entwicklung des Neutrino-Fernrohrs AMANDA geleistet, der 1994 von Wissenschaftlern von rundum der Welt am Südpol gebaut wurde.

• Gelegen in Zeuthen ist "Zentrum für Paralleles Rechnen", wohin mehrere massiv-parallele Hochleistungscomputer geführt und zum Beispiel für Berechnungen in der theoretischen Partikel-Physik verwendet werden.

Budget und Finanzierung

Das Forschungszentrum hat ein jährliches Budget von ca. 160 mio € (die =195 mio Vereinigten Staaten - $). Dessen gehen 145 mio € nach Hamburg, 15 mio € zu Zeuthen. 90 % des Budgets werden durch das Bundesministerium für die Ausbildung und Forschung zur Verfügung gestellt, während der Rest durch die Freien und Hansestadt Hamburg oder Brandenburg beziehungsweise zur Verfügung gestellt wird.

Die Experimente am accelarators werden von den teilnehmenden deutschen und ausländischen Instituten finanziert, die häufig der Reihe nach mittels der öffentlichen Finanzierung finanziert werden.

Angestellte und Ausbildung

Alles in allem werden 1560 Menschen an DESY angestellt, dessen 365 Wissenschaftler sind. Diejenigen werden auf den zwei Seiten wie folgt verteilt.

• Hamburg: 1390 Angestellte, davon 300 Wissenschaftler
• Zeuthen: 170 Angestellte, davon 65 Wissenschaftler

(Datum: Januar 2005)

Eingeschlossen in Thesenzahlen sind 100 Lehrlinge sowie die 100 Diplom-Studenten, 430 Studenten im Aufbaustudium und 240 jüngeren Wissenschaftler, die durch DESY beaufsichtigt werden.

Internationale Zusammenarbeit

2900 Wissenschaftler von 33 Nationen nehmen an der Forschung an DESY teil. Hiervon 1000 führen Forschung in der Partikel-Physik an HERA aus, 1900 führen Forschung mit der Synchrotron-Radiation an HASYLAB aus. (Datum: Januar 2005)

Der internationale Projekt-HERA

Der Aufbau des Gaspedals HERA war eines der ersten wirklich international finanzierten Projekte dieses Umfangs. Im Voraus wurde der Aufbau von wissenschaftlichen Möglichkeiten immer durch das Land finanziert, in dem er gelegen wird. Nur die Kosten für die Experimente wurden von den führenden nationalen oder ausländischen Instituten getragen. Aber wegen des enormen Spielraums des HERA planen, dass sich viele internationale Möglichkeiten bereit erklärt haben, bereits mit dem Aufbau zu helfen.

Alles in allem haben mehr als 45 Institute und 320 Vereinigungen mit Spenden des Geldes und/oder der Materialien im Aufbau der Möglichkeit teilgenommen, mehr als 20 % der Kosten wurden von ausländischen Einrichtungen getragen.

Im Anschluss an das Beispiel von HERA werden viele wissenschaftliche Projekte eines in großem Umfang gemeinsam durch mehrere Staaten finanziert. Inzwischen wird dieses Modell gegründet, und internationale Zusammenarbeit ist mit dem Aufbau jener Möglichkeiten ziemlich üblich.

Partikel-Gaspedale, Möglichkeiten und Experimente an DESY

Die Gaspedale von DESY wurden plötzlich nicht gebaut, aber wurden eher eins nach dem anderen hinzugefügt, um die wachsende Nachfrage der Wissenschaftler für höher und höhere Energien zu befriedigen, mehr Scharfsinnigkeit in Partikel-Strukturen zu gewinnen. Im Laufe des Aufbaus von neuen Gaspedalen wurden die älteren zu Vorgaspedalen oder zu Quellen für die Synchrotron-Radiation für Laboratorien mit neuen Forschungsaufgaben (zum Beispiel für HASYLAB) umgewandelt.

Heutzutage, nach der Stilllegung des Gaspedals HERA 2007, sind die wichtigsten Möglichkeiten von DESY die hohe Intensitätsquelle für die Synchrotron-Radiation, PETRA III, das Laboratorium der Synchrotron-Forschung HASYLAB, der Frei-Elektronlaser-BLITZ (hat vorher VUV-FEL genannt), und die Testmöglichkeit für den geplanten europäischen XFEL. Die Entwicklung der verschiedenen Möglichkeiten wird chronologisch in der folgenden Abteilung beschrieben.

DESY

Der Aufbau des ersten Partikel-Gaspedals DESY (Synchrotron von Deutsches Elektronen, "deutsches Elektronsynchrotron") hat 1960 begonnen. Damals war es die größte Möglichkeit dieser Art und ist im Stande gewesen, Elektronen zu 7.4 GeV zu beschleunigen. Am 1. Januar 1964 wurden die ersten Elektronen im Synchrotron beschleunigt, und die Forschung über elementare Partikeln hat begonnen.

Die internationale Aufmerksamkeit hat sich zuerst auf DESY 1966 wegen seines Beitrags zur Gültigkeitserklärung der Quant-Elektrodynamik konzentriert, die mit Ergebnissen vom Gaspedal erreicht wurde. Im folgenden Jahrzehnt hat sich DESY als ein Zentrum der Vorzüglichkeit für die Entwicklung und Operation von energiereichen Gaspedalen eingerichtet.

Die Synchrotron-Radiation, die als eine Nebenwirkung heraufkommt, wurde zuerst 1967 für Absorptionsmaße verwendet. Für das entstehende Spektrum hatte es keine herkömmlichen Strahlenquellen im Voraus gegeben. Der europäische Molekulare Biologie-Labor-EMBL hat von den Möglichkeiten Gebrauch gemacht, die mit der neuen Technologie entstanden sind und 1972 einen dauerhaften Zweig an DESY mit dem Ziel gegründet haben, die Struktur von biologischen Molekülen mittels der Synchrotron-Radiation zu analysieren.

Das Elektronsynchrotron DESY II und das Protonensynchrotron DESY III wurde in die Operation 1987 und 1988 beziehungsweise als Vorgaspedale für HERA genommen.

DORIS III

DORIS (Doppel-Ring-Speicher, "Lagerung des doppelten Rings"), gebaut zwischen 1969 und 1974, war das zweite kreisförmige Gaspedal von DESY und sein erster Lagerungsring mit einem Kreisumfang von fast 300 M. Gebaut als ein Elektronpositron-Lagerungsring konnte man Kollisionsexperimente mit Elektronen und ihren Antiteilchen an Energien von 3.5 GeV pro Balken führen. 1978 wurde die Energie der Balken zu 5 GeV jeder erhoben.

Mit Beweisen der "aufgeregten Charmonium-Staaten" hat DORIS einen wichtigen Beitrag zum Prozess geleistet, die Existenz von schweren Quarken zu beweisen. In demselben Jahr gab es die ersten Tests des Röntgenstrahl-Steindruckverfahrens an DESY, ein Verfahren, das später zum Röntgenstrahl-Tiefe-Steindruckverfahren raffiniert wurde.

1987 war der ARGUS-Entdecker des DORIS Lagerungsrings der erste Platz, wo die Konvertierung eines B-Mesons in sein Antiteilchen, der anti-B-meson beobachtet wurde. Von diesem konnte beschließen, dass es, für das zweite schwerste Quark - das unterste Quark - unter bestimmten Verhältnissen möglich war, um sich zu einem verschiedenen Quark umzuwandeln. Man konnte auch daraus beschließen, dass das unbekannte sechste Quark - das Spitzenquark - eine riesige Masse besitzen musste. Das Spitzenquark wurde schließlich 1995 an Fermilab in den USA gefunden.

Nach dem Beauftragen von HASYLAB 1980 wurde die Synchrotron-Radiation, die an DORIS als ein Nebenprodukt erzeugt wurde, für die Forschung dort verwendet. Während in der beginnenden DORIS nur ⅓ der Zeit verwendet wurde, weil eine Strahlenquelle, von 1993 auf dem Lagerungsring allein diesem Zweck unter dem Namen DORIS III gedient hat. Um intensivere und kontrollierbare Radiation zu erreichen, wurde DORIS 1984 mit wigglers und undulators befördert. Mittels einer speziellen Reihe von Magneten konnten die beschleunigten Elektronen jetzt auf einen Slalom-Kurs gebracht werden. Dadurch wurde die Intensität der ausgestrahlten Synchrotron-Radiation ein hundertfacher im Vergleich mit herkömmlichen Lagerungsringsystemen vergrößert.

DORIS III stellt 33 Foton beamlines zur Verfügung, wo 44 Instrumente im Umlauf bedient werden. Die gesamte Balken-Zeit beläuft sich pro Jahr auf 8 bis 10 Monate.

PETRA II

PETRA (Positron Elektron Tandem-Ring Anlage, "mit dem Positronelektronmöglichkeit des Tandem-Rings") wurde zwischen 1975 und 1978 gebaut. Zur Zeit seines Aufbaus war es der größte Lagerungsring seiner Art und ist noch das zweitgrößte Synchrotron von DESY nach HERA. PETRA hat ursprünglich für die Forschung über elementare Partikeln gedient. Die Entdeckung des gluon, die Transportunternehmen-Partikel der starken Kernkraft, 1979 wird als einer der größten Erfolge aufgezählt. PETRA kann Elektronen und Positrone zu 19 GeV beschleunigen.

Die Forschung an PETRA führt zu einem verstärkten internationalen Gebrauch der Möglichkeiten an DESY. Wissenschaftler von China, England, Frankreich, Israel, den Niederlanden, Norwegen und den USA haben an den ersten Experimenten an PETRA neben vielen deutschen Kollegen teilgenommen.

1990 wurde die Möglichkeit in die Operation unter dem Namen PETRA II als ein Vorgaspedal für Protone und Elektronen/Positrone für das neue Partikel-Gaspedal HERA genommen. Im März 1995 wurde PETRA II mit undulators ausgestattet, um größere Beträge der Synchrotron-Radiation mit höheren Energien besonders im Röntgenstrahl-Teil des Spektrums zu schaffen. Seitdem dient PETRA HASYLAB als eine Quelle der energiereichen Synchrotron-Radiation und besitzt für diesen Zweck drei prüfen experimentelle Gebiete. Positrone werden zu bis zu 12 GeV heutzutage beschleunigt.

Petra III

Petra III ist die dritte Verkörperung für den Lagerungsring von PETRA, der ein regelmäßiges Benutzerprogramm bedient, weil der hervorragendeste Lagerungsring Röntgenstrahl-Quelle weltweit seit dem August 2010 gestützt hat. Das Gaspedal erzeugt eine Partikel-Energie von 6 eV mit dem hohen Foton-Fluss von 50-100 GeV.

HASYLAB

Der HASYLAB (Hamburger Synchrotronstrahlungslabor, "Hamburger Synchrotron-Strahlenlaboratorium") wird für die Forschung mit der Synchrotron-Radiation an DESY verwendet. Es wurde 1980 mit 15 experimentellen Gebieten geöffnet (heute es gibt 42). Das Laboratorium grenzt an den Lagerungsring-DORIS an, um im Stande zu sein, die erzeugte Synchrotron-Radiation für seine Forschung zu verwenden. Während am Anfang DORIS nur einem Drittel der Zeit als eine Strahlenquelle für HASYLAB gedient hat, seit 1993 ist seine ganze Laufzeit für Experimente mit der Synchrotron-Radiation verfügbar. Oben auf den 42 experimentellen Gebieten stellt DORIS zur Verfügung, es gibt auch drei prüfen experimentelle Gebiete, die für Experimente mit der energiereichen mit dem Lagerungsring-PETRA erzeugten Radiation verfügbar sind.

Nachdem die Steigung von DORIS mit dem ersten wigglers, der viel intensivere Radiation, das erste mittels der Synchrotron-Radiation erworbene Spektrum von Moessbauer erzeugt hat, an HASYLAB 1984 registriert wurde.

1985 hat die Entwicklung der fortgeschritteneren Röntgenstrahl-Technologie es möglich gemacht zu bringen, um die Struktur des Grippe-Virus anzuzünden. In den folgenden Jahr-Forschern an HASYLAB waren erst, um den Versuch von aufregenden einzigartigen Bratrost-Schwingungen in festen Körpern erfolgreich zu machen. So war es möglich, Analysen von elastischen Materialien zu führen, die davor nur mit Kernreaktoren über das Neutronzerstreuen möglich waren.

1987 hat der workgroup für die molekulare Strukturbiologie der Gesellschaft von Max Planck einen dauerhaften Zweig an HASYLAB gegründet. Es verwendet Synchrotron-Radiation, um die Struktur von ribosomes zu studieren.

Heutzutage führen viele nationale und ausländische Gruppen von Forschern ihre Experimente an HASYLAB durch: Alles in allem nehmen 1900 Wissenschaftler an der Arbeit teil. Im Großen und Ganzen erstreckt sich das Spektrum der Forschung von der Grundlagenforschung bis Experimente in Physik, materieller Wissenschaft, Chemie, molekularer Biologie, Geologie und Medizin zu Industriezusammenarbeiten.

Ein Beispiel ist OSRAM, der seitdem kürzlich Gebrauch HASYLAB, um die Glühfäden ihrer Glühbirnen zu studieren. Die gewonnenen Einblicke haben geholfen, namentlich die Lebensdauer der Lampen in bestimmten Anwendungsbereichen zu vergrößern.

Außerdem haben Forscher an HASYLAB unter anderem Minuskelunreinheiten im Silikon für Computerchips, der Weg catalysators Arbeit, die mikroskopischen Eigenschaften von Materialien und die Struktur von Protein-Molekülen analysiert.

HERA

HERA (Hadron Elektron Ring Anlage, "Hadron Elektronringmöglichkeit") war das größte Synchrotron von DESY und Lagerungsring mit einem Kreisumfang von 6336 Metern. Der Aufbau der unterirdischen Möglichkeit hat 1984 begonnen, und HERA hat Operation am 8. November 1990 begonnen. Die ersten zwei Experimente haben angefangen, Daten 1992 zu nehmen. HERA wird hauptsächlich verwendet, um die Struktur von Protonen und die Eigenschaften von Quarken zu studieren. Der Aufbau von HERA war eine internationale Aufgabe: Zusätzlich zu Deutschland haben 11 weitere Länder an der Entwicklung des Gaspedals teilgenommen. HERA wurde am 30. Juni 2007 geschlossen.

HERA war das einzige Gaspedal in der Welt, die im Stande gewesen ist, Protone entweder mit Elektronen oder mit Positronen zu kollidieren. Diesen möglichen HERA zu machen, hat hauptsächlich das Superleiten von Magneten verwendet, der auch eine Welt zuerst war. An HERA war es möglich, die Struktur von Protonen bis zu 30mal genauer zu studieren, als vorher. Die Entschlossenheit hat Strukturen 1/1000 des Protons in der Größe bedeckt. In den kommenden Jahren dort wurden viele Entdeckungen bezüglich der Zusammensetzung von Protonen von Quarken und gluons gemacht.

Die Tunnels von HERA führen Niveau von 10 bis 25 Metern unter der Erde und haben ein inneres Diameter von 5.2 Metern. Für den Aufbau wurde dieselbe Technologie bezüglich des Aufbaus von U-Bahn-Tunnels verwendet. Zwei kreisförmige innerhalb der Tube geführte Partikel-Gaspedale. Beschleunigte Elektronen zu Energien von 27.5 GeV andere Protone zu Energien von 920 GeV in der entgegengesetzten Richtung. Beide Balken haben ihren Kreis fast mit der Geschwindigkeit des Lichtes vollendet, etwa 47 000 Revolutionen pro Sekunde machend.

An zwei Plätzen des Rings konnten das Elektron und der Protonenbalken zur Kollision gebracht werden. In den Prozess-Elektronen oder Positronen werden an den Bestandteilen der Protone, der Quarke gestreut. Die Produkte dieser Partikel-Kollisionen, des gestreuten lepton und der Quarke, die durch die Zersplitterung des Protons erzeugt werden, wurden in riesigen Entdeckern eingeschrieben. Zusätzlich zu den zwei Kollisionszonen gibt es noch zwei Wechselwirkungszonen. Alle vier Zonen werden in große unterirdische Säle gelegt. Eine verschiedene internationale Gruppe von Forschern war bei der Arbeit in jedem Saal. Diese Gruppen haben sich, gebaut entwickelt und sind haushoch, komplizierte Maß-Geräte in vielen Jahren der kooperativen Arbeit gelaufen und bewerten enorme Datenmengen.

Die Experimente in den vier Sälen werden in der folgenden Abteilung präsentiert:

H1

H1 ist ein universaler Entdecker für die Kollision von Elektronen und Protonen und wurde im HERA-Saal von DESY nach Norden gelegen. Es war seit 1992 aktiv gewesen, hatte 12 M &times gemessen; 10 M × 15 M und wiegen 2 800 Tonnen.

Es wurde für die Dekodierung der inneren Struktur des Protons, der Erforschung der starken Wechselwirkung sowie der Suche nach neuen Arten der Sache und unerwarteten Phänomene in der Partikel-Physik entworfen.

ZEUS

ZEUS ist H1 ein Entdecker für Elektronproton-Kollisionen ähnlich und wurde im HERA-Saal nach Süden gelegen. Gebaut 1992 hat es 12 M &times gemessen; 11 M × 20 M und wiegen 3600 Tonnen.

Seine Aufgaben ähneln H1's.

HERA-B

HERA-B war ein Experiment im HERA-Saal nach Westen, der Daten von 1999 bis Februar 2003 gesammelt hat. Indem sie den Protonenbalken von HERA verwendet haben, haben Forscher an HERA-B Experimente auf schweren Quarken durchgeführt. Es hat 8 M &times gemessen; 20 M × 9 M und gewogene 1 000 Tonnen.

HERMES

Das HERMES-Experiment im HERA-Saal nach Osten wurde in die Operation 1995 genommen. Der längs gerichtet polarisierte Elektronbalken von HERA wurde für die Erforschung der Drehungsstruktur von Nukleonen verwendet. Für diesen Zweck wurden die Elektronen an Energien von 27.5 GeV an einem inneren Gasziel gestreut. Dieses Ziel und der Entdecker selbst wurden besonders in der Absicht der polarisierten Physik der Drehung entworfen. Es hat 3.5 M &times gemessen; 8 M × 5 M und wiegen 400 Tonnen.

BLITZ

BLITZ (Freies Elektron - LASER in Hamburg) ist ein superführendes geradliniges Gaspedal mit einem freien Elektronlaser für die Radiation in der vakuumultravioletten und weichen Röntgenstrahl-Reihe des Spektrums. Es ist aus dem TTF entstanden (TESLA Testmöglichkeit), der 1997 gebaut wurde, um die Technologie zu prüfen, die im geplanten geradlinigen collider TESLA, ein Projekt verwendet werden sollte, das durch den ILC (Internationaler Geradliniger Collider) ersetzt wurde. Für diesen Zweck wurde der TTF von 100 M bis 260 M vergrößert.

An der VUV-FEL Technologie für den europäischen Zukünftig-Projekt-XFEL wird sowie für den ILC geprüft. Fünf prüfen experimentelle Gebiete sind im Gebrauch seit dem Beauftragen der Möglichkeit 2004 gewesen.

Weitere Gaspedale

Zusätzlich zu den größeren gibt es auch mehrere kleinere Partikel-Gaspedale, die größtenteils als Vorgaspedale für PETRA und HERA dienen. Unter diesen sind die geradlinigen Gaspedale LINAC I (von 1964 bis 1991 für Elektronen), LINAC II (seit 1969 für Positrone) und LINAC III (seit 1988 als ein Vorgaspedal für Protone für HERA).

Pläne für die Zukunft

DESY wird an Projektinternational Linear Collider (ILC) beteiligt. Dieses Projekt besteht aus einem 20 40 Kilometer langen geradlinigen Gaspedal. Ein internationales Konsortium hat sich dafür entschieden, es mit der für das TESLA-Projekt ursprünglich entwickelten Technologie zu bauen. Es hat keine Endentscheidung darüber gegeben, wo man das Gaspedal baut.

Ein europäisches Projekt in der Kollaboration mit DESY hat den Aufbau eines Röntgenstrahl-Lasers, des europäischen Röntgenstrahls freien Elektronlasers (XFEL) angefangen, der 3 km lange, wenn beendet, sein soll. Es wird äußerst kurze und starke Röntgenstrahl-Blitze erzeugen, die viele Anwendungen haben werden.

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