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DESY Kompakt 2010ª Highlights Und Jahresbericht

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DESY Kompakt 2010ª Highlights Und Jahresbericht ª DESY kompakt Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft DESY kompakt 2010 In der Helmholtz-Gemeinschaft haben sich Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft 2010ª 17 naturwissenschaftlich-technische und durch strategisch-programmatisch ausgerich- Highlights medizinisch-biologische Forschungszentren tete Spitzenforschung in sechs Forschungs- zusammengeschlossen. Ihre Aufgabe ist es, bereichen: Energie, Erde und Umwelt, und Jahresbericht langfristige Forschungsziele des Staates und Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Gesellschaft zu verfolgen. Die Gemeinschaft der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und strebt nach Erkenntnissen, die dazu beitragen, Verkehr. Lebensgrundlagen des Menschen zu erhalten und zu verbessern. Dazu identifiziert und www.helmholtz.de be arbeitet sie große und drängende Fragen von Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Impressum Herausgeber und Kontakt: Realisierung und Redaktion: Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY Ilja Bohnet Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Ilka Flegel, Textlabor, Jena Standort Hamburg: Layout: Britta Liebaug Notkestr. 85, D-22607 Hamburg, Germany Tel.: +49 40 8998-0, Fax: +49 40 8998-3282 Druck: Hartung Druck + Medien, Hamburg [email protected] Redaktionsschluss: Juni 2011 Standort Zeuthen: Platanenallee 6, D-15738 Zeuthen, Germany Tel.: +49 33762 7-70, Fax: +49 33762 7-7413 Anmerkung des Herausgebers: [email protected] Die Verantwortung für den Inhalt der hier veröffentlichten wissen- schaftlichen Beiträge tragen in vollem Umfang die Autoren. www.desy.de ISBN 978-3-935702-57-7 Nachdruck, auch auszugsweise, ist nur mit Quellenangabe gestattet. Dieser Jahresbericht darf weder verkauft noch wiederverkauft werden. DESY kompakt 2010ª Highlights und Jahresbericht Inhaltª º Vorwort 4 º Beschleuniger 6 º Forschung mit Photonen 26 º Teilchen- und Astroteilchenphysik 44 º Administration 62 º Anhang 76 Inhalt | 3 Das Jahr 2010 bei DESYª Vorwort des Direktoriumsvorsitzenden Mit dem vorliegenden Jahresbericht „DESY kompakt“ möchten beiden großen LHC-Experimenten sind wir an vorderster Front wir Ihnen einen anschaulichen und eindrucksvollen Überblick dabei, wenn die Auswertungen der Kollisionsdaten uns die Kunde über unsere Forschung bei DESY bieten. „DESY kompakt“ ist vom Universum kurz nach dem Urknall übermitteln. Einen Ein- nicht als nüchterne Bilanz oder Chronik im Sinne eines Jahres- druck, wie interessant die ersten Ergebnisse des LHC sind, konnte berichts zu sehen, sondern soll neben den wichtigsten Statistiken sich die internationale Fachwelt im Sommer 2010 verschaffen, und Zahlen die Glanzlichter, das Außergewöhnliche und das als DESY Veranstalter einer hochrangigen internationalen Besondere in kompakter und prägnanter Weise hervorheben. Konferenz zur Physik am LHC war. „DESY kompakt“ baut auf den einzelnen Jahresberichten der drei DESY-Forschungsbereiche auf. Besonders erfreulich war der Zuschlag der renommierten Alexander von Humboldt-Professur für DESY und die Universität Das Jahr 2010 war für DESY ein ereignisreiches Jahr: Die Hamburg. Mit Prof. Brian Foster konnten wir einen weltweit Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III nahm den routinemäßigen angesehenen Teilchenphysiker der Universität Oxford gewinnen. Nutzerbetrieb auf und hat als brillanteste Röntgenstrahlungs- Seine Forschungsinteressen, an neuartigen Beschleunigertechno- quelle der Welt die letzten ihrer ehrgeizigen Designparameter logien zu arbeiten, passen in idealer Weise zu unserer Helm- erreicht. Mit der Freie-Elektronen-Laser-Anlage FLASH verfügen holtz-weit gestarteten Initiative zur Beschleunigerforschung. wir bereits seit Jahren über ein Großgerät der Spitzenklasse, das nun mit dem Erreichen des „Wasserfensters“ bei Wellen- An unserem Standort Zeuthen soll ein neuer Schwerpunkt in längen von 4,2 nm besonders spannende Möglichkeiten für die der Astroteilchenphysik entstehen. Wir arbeiten zusammen Röntgenmikroskopie bietet, um biologische Proben in wässriger mit unseren Kollegen vom Max-Planck-Institut für Kernphysik Lösung zu untersuchen. Mit FLASH II beginnen wir den dringend in Heidelberg an der Realisierung des CTA-Experiments, einer benötigten Ausbau, nachdem wir uns mit diesem Projektvor- neuartigen Teleskopanordnung zur Messung hochenergetischer schlag in einem Helmholtz-internen Wettbewerb gegen harte Gammastrahlung aus dem frühen Universum. CTA ergänzt Konkurrenz erfolgreich durchgesetzt haben. optimal das Neutrinoteleskop IceCube am Südpol. Der europäische Röntgenlaser European XFEL ist im zweiten Seit Jahrzehnten arbeiten die Universität Hamburg und DESY Jahr seines Baus. Ich gehe davon aus, dass wir 2014 die ersten erfolgreich zusammen. Gemeinsam sind wir ein starkes Gespann. Röntgenblitze „sehen“ werden und anschließend der Nutzer- Mit der neuen Partnerschaft PIER soll unsere Zusammenarbeit betrieb zügig beginnen kann. auf zukunftsträchtigen Schlüsselfeldern auf eine neue strate- gische Grundlage gestellt werden. Es ist unsere Vision, in den Mit dem Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) haben kommenden Jahren den Campus Hamburg-Bahrenfeld zu einem wir in einer institutionsübergreifenden Kooperation mit der Uni- interdisziplinären Wissensumfeld zu entwickeln, das hochattraktiv versität Hamburg und der Max-Planck-Gesellschaft eine ideale und stimulierend für den wissenschaftlichen Nachwuchs und Forschungsplattform geschaffen, die große Strahlwirkung auf die die besten Akteure aus aller Welt ist.ª besten Wissenschaftler der Welt ausübt. Mit den letzten beiden Berufungen, die das CFEL-Leitungsteam komplettieren, konnten wir erneut Spitzenwissenschaftler nach Hamburg locken. Seit Ende März 2010 kollidieren die Teilchen routinemäßig im Large Hadron Collider (LHC) beim Forschungszentrum CERN in Genf – bei den höchsten Energien, die jemals in einem Helmut Dosch Beschleuniger erzeugt wurden. Mit unserer Beteiligung an den Vorsitzender des DESY-Direktoriums 4 | Vorwort Vorwort | 5 Beschleunigerª º Beschleuniger – Die DESY-Aktivitäten im Überblick 8 º DESY und DORIS 10 º Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III 12 º Freie-Elektronen-Laser in Hamburg FLASH 14 º Freie-Elektronen-Röntgenlaser European XFEL 16 º Neue Konzepte für Freie-Elektronen-Laser 18 º Spezielle Elektronenquellen bei DESY 20 º REGAE – Relativistic Electron Gun for Atomic Explorations 22 º Beschleuniger-Ideenmarkt 24 Beschleuniger | 7 Beschleunigerª Die DESY-Beschleunigeranlagen im Überblick Beschleuniger spielen eine wichtige Rolle bei der Lösung funda- in Zusammenarbeit mit DESY gebaut wurde und bei der drei- mentaler Fragen in der Physik und anderen Naturwissenschaften. fachen Frequenz des Linearbeschleunigers (dritte Harmonische Sie bilden die Grundlage für die Forschung mit Photonen und bei 3,9 GHz) betrieben wird, verbessert die Strahldynamik und die Teilchenphysik. Im Bereich Beschleunigerbau, -betrieb und die Möglichkeiten der Teilchenpaket-Kompression. Im Injektor- -forschung war das Jahr 2010 bei DESY durch vielfältige Aktivi- bereich wurde die zuvor erfolgreich beim Photoinjektor-Test- täten und große Erfolge geprägt. Die umgebaute Speicherring- stand PITZ in Zeuthen getestete, verbesserte Photokathoden- anlage PETRA III nahm den Routinebetrieb für die Synchrotron- Hochfrequenzelektronenquelle eingebaut, die einen deutlich strahlungsnutzer auf. Der Freie-Elektronen-Laser FLASH zeigte reduzierten Dunkelstrom aufweist. Zusätzlich zu diesen größeren bei der Wiederaufnahme des Betriebs nach größeren Ausbau- und kleineren Verbesserungen an der Anlage wurde die FEL- maßnahmen eine spektakuläre Leistungsfähigkeit. Der Bau Seeding-Strecke sFLASH eingebaut, ein Projekt, das zusammen des Beschleunigerkomplexes für den europäischen Röntgen- mit der Universität Hamburg als federführendem Kooperations- laser European XFEL nahm deutlich Fahrt auf. Zudem wurden partner durchgeführt wird. neue, spannende Aktivitäten begonnen, welche die Kompetenz und Kreativität von DESY in der Beschleunigerforschung und Nach der technischen Inbetriebnahme konnte FLASH schnell -entwicklung unterstreichen. von den Verbesserungen profitieren: Im Mai 2010 zeigten Messungen der Eigenschaften des Elektronenstrahlpakets sehr Nachdem im Frühjahr 2009 zum ersten Mal ein Strahl in PETRA III deutlich, dass das neue System der dritten Harmonischen wie gespeichert wurde, konnte die Anlage 2010 ihr volles Potenzial geplant perfekt funktioniert. Im Juni wurde mit 1,207 GeV eine für die Nutzer der weltweit brillantesten Röntgenstrahlung be- weisen. Alle Nominalparameter wie Strahlstrom, Emittanz und Submikrometer-Orbitstabilität wurden erreicht. Die Verfügbar- keit der Anlage lag 2010 bereits bei über 90 %, ein sehr guter Wert für diese frühe Phase des Routinebetriebs. Der zuverlässige Betrieb der Vorbeschleuniger war hierfür eine wichtige Vor- aussetzung. In dieser Zeit begannen die Planungen und Ent- wurfsarbeiten für den Ausbau von PETRA III mit weiteren Photonenstrahlführungen im Jahr 2013. Parallel zum Betrieb von PETRA III lief auch der Routinebetrieb des Speicherrings DORIS für eine große Zahl von Synchrotronstrahlungsnutzern. Gleichzeitig erfolgten erste Vorbereitungen, um das Gas-Target- Experiment OLYMPUS im DORIS-Speicherring zu installieren. Während der mehrere Monate andauernden planmäßigen Be- triebsunterbrechung beim Freie-Elektronen-Laser (FEL) FLASH zwischen Herbst 2009 und Frühjahr 2010 wurde die Anlage in erheblichem Umfang erweitert und umgebaut. Ein siebtes Be- schleunigermodul mit
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