Über 50 Jahre Teilchenforschung bei DESY

In den vergangenen 50 Jahren haben die Erkenntnisse der Teilchenforschung unser Weltbild revolutioniert. DESY hat maßgeblich dazu beigetragen. Im internationalen Rampenlicht stand das Forschungszentrum erstmals 1966 mit Präzisionsmessungen, die am ersten Teilchenbeschleuniger in Hamburg durchgeführt wurden: dem „Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY“, das dem Zentrum seinen Namen gab. Diese Ergebnisse erlaubten es, eine wichtige Kontroverse über die Gültigkeit der Quantenelektrodynamik – der Theorie der elektromagnetischen Kraft – zu Gunsten der Theorie zu entscheiden.

1978 ging mit PETRA der damals größte Speicherring seiner Art bei DESY in Betrieb. Bereits ein Jahr später gelang den PETRA-Experimenten eine bahnbrechende Entdeckung: Sie konnten erstmals das Gluon direkt beobachten – das Trägerteilchen der starken Kraft, welche die Grundbausteine aller Materie, die Quarks, aneinander bindet.

Von 1992 bis 2007 war Deutschlands größtes Forschungsinstrument bei DESY in Betrieb: der Elektron-Proton-Beschleuniger HERA. Das 6,3 Kilometer lange Super-Elektronenmikroskop bot den Physikern den weltweit schärfsten Blick ins Proton. Viele der mit HERA gewonnenen Erkenntnisse gehören heute zum Grundlagenwissen über den Aufbau unserer Welt. Die Auswertung der HERA-Daten wird noch weitere einzigartige Einsichten in das Innenleben des Protons und die fundamentalen Kräfte liefern.

Teilchenforschung mit Zukunft

Internationale Zusammenarbeit über kulturelle und politische Grenzen hinweg hat bei DESY seit langem Tradition. DESY engagiert sich bei einer Reihe von großen internationalen Anlagen, die nicht mehr von einem Land alleine getragen wer den, sondern als breit aufgestellte internationale Projekte realisieren werden. Insbesondere beteiligt sich DESY an den Experimenten am weltweit leistungsstärksten Beschleuniger, dem Large Hadron Collider LHC in Genf, für den bei DESY zudem Rechenzentren für die Überwachung der Datennahme und die Datenanalyse entstehen.

Eine führende Rolle spielt DESY bei dem großen Zukunftsprojekt der Teilchenphysik, dem geplanten International Linear Collider ILC. So beruht der ILC auf der supraleitenden Beschleunigertechnologie, die DESY und seine internationalen Partner entwickelt und getestet haben. Diese kommt auch bei zwei Anlagen für die Forschung mit Photonen zum Einsatz: dem Freie-Elektronen-Laser FLASH bei DESY sowie dem im Bau befindlichen Röntgenlaser European XFEL. Dies schafft wichtige Synergieeffekte, die DESY unter den am ILC beteiligten Forschungszentren auszeichnen.

Die DESY-Forscher am Standort Zeuthen sind vor allem in der Astroteilchenphysik aktiv. Im Rahmen großer internationaler Projekte nutzen sie verschiedene Himmelsboten – Neutrinos und hochenergetische Gammastrahlung –, um den Geheimnissen von Sternexplosionen, kosmischen Teilchenbeschleunigern oder dunkler Materie auf die Spur zu kommen. Dazu beteiligen sie sich am Neutrinoteleskop IceCube am Südpol sowie an den Entwicklungsarbeiten für das geplante Gammateleskop CTA.

Ohne die entsprechende theoretische Untermauerung sind die besten Experimente nicht viel wert. DESY bildet einen der Grundpfeiler der theoretischen Teilchenphysik in Europa und weltweit. In Hamburg und Zeuthen erforschen die Theoriegruppen bei DESY die Hintergründe, welche die Welt der kleinsten Teilchen und ihre physikalischen Gesetze erklären. Sie ergründen die vielfältigen Facetten des Standardmodells und streben darüber hinaus nach neuen Erkenntnissen, die das Modell in eine umfassende Theorie der Materie und Kräfte einbetten – Ideen, die für die Experimente am LHC und ILC von höchstem Interesse sind.

Als führendes Zentrum für Teilchenphysik in der Helmholtz-Gemeinschaft hat DESY im Jahr 2007 die Helmholtz-Allianz „Physik an der Teraskala“ initiiert, die alle an LHC und ILC beteiligten deutschen Universitäten und Institute vereint. Ziel ist, das in Deutschland vorhandene Expertenwissen in der Teilchenphysik zu bündeln und langfristig zu stärken. In kurzer Zeit hat die Allianz zu einer deutlich verbesserten Vernetzung und weltweiten Sichtbarkeit der Teilchenphysik in Deutschland geführt – was auch dazu beiträgt, die Position von DESY in der Spitzenriege der Teilchenphysik weiter zu festigen.