URL: http://www.desy.de/forschung/forschungsbereiche/teilchenphysik/teilchenphysik_bei_desy/index_ger.html
Breadcrumb Navigation
Die großen Fragen nach dem Ursprung und der Beschaffenheit unseres Universums beschäftigen Wissenschaftler weltweit. Sie sind nur zu lösen, wenn alle Kräfte in nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken gebündelt werden. Bei DESY hat diese Vernetzung – über politische und kulturelle Grenzen hinweg – seit langem Tradition.
DESY – Ein internationales Zentrum der Teilchen- und Astroteilchenphysik
Der Bau des HERA-Beschleunigers bei DESY in den 1980er Jahren war ein Paradebeispiel für erfolgreiche internationale Zusammenarbeit: Insgesamt elf Länder trugen dazu bei und finanzierten den Beschleuniger zu über 20 Prozent, die HERA-Experimente sogar zu etwa 60 Prozent. Dieses „HERA-Modell“ wurde zum Vorbild für die Durchführung großer, internationaler Forschungsprojekte.
Auch nach der Abschaltung von HERA kommt DESY die internationale Einbindung zugute. Ähnlich wie in der Astronomie, wo Forscher aus aller Welt mit einigen wenigen, in internationaler Zusammenarbeit gebauten und betriebenen Teleskopen arbeiten, verschiebt sich der Schwerpunkt in der Teilchenphysik hin zu einigen wenigen Großgeräten, die nicht mehr von einem Land allein getragen werden können, sondern nur noch in breit aufgestellter internationaler Zusammenarbeit zu realisieren sind.
Die Teilchenphysiker bei DESY bringen ihr Wissen bei einer Reihe solcher großer internationaler Anlagen ein: den Teilchenbeschleunigern LHC und ILC, dem Neutrinoteleskop IceCube sowie dem Gammateleskop CTA. Dabei entstehen neue Formen der Zusammenarbeit auf nationaler und internationaler Ebene.
Die Schwerpunkte der Teilchenforschung bei DESY
HERA
Mit den am „Super-Elektronenmikroskop“ HERA bei DESY aufgenommenen Daten enträtseln die Teilchenphysiker den Aufbau des Protons und die fundamentalen Naturkräfte.
Fünfzehn Jahre lang prallten in dem 6,3 Kilometer langen Teilchenbeschleuniger HERA tief im Hamburger Untergrund Elektronen und Protonen aufeinander. Im Sommer 2007 endete die Datennahme der Experimente an Deutschlands größtem Forschungsinstrument, das Physikgeschichte schrieb. Die noch Jahre andauernde Auswertung der Messdaten wird ein umfassendes Gesamtbild des Protons und der darin wirkenden Kräfte offenbaren.
LHC
DESY ist auch am derzeit leistungsfähigsten Beschleuniger der Welt mit dabei: dem neuen Large Hadron Collider LHC am CERN in Genf.
Im LHC stoßen Protonen mit bislang unerreicht hohen Energien von 14 Tera-Elektronenvolt, also 14 Billionen Elektronenvolt zusammen. Damit wird der LHC den Physikern erlauben, weit in das Neuland der Teraskala vorzudringen: Von den Teilchenkollisionen am LHC erhoffen sich die Physiker Antworten auf eine ganze Reihe von offenen Fragen der gängigen Teilchentheorie. Als Grundlage für solche Entdeckungen sind die Erkenntnisse von HERA über das Proton unverzichtbar.
ILC
Die Entdeckungen des LHC vervollständigen kann nur ein Elektron-Positron-Beschleuniger, dessen einzigartige Präzision es ermöglicht, die Geheimnisse der Teraskala in all ihren Facetten auszuleuchten.
Ein solches großes Zukunftsprojekt ist der International Linear Collider ILC – ein rund 35 Kilometer langer Linearbeschleuniger, in dem Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, mit Energien von 500 bis etwa 1000 Milliarden Elektronenvolt kollidieren sollen. DESY beteiligt sich maßgeblich an diesem Beschleuniger der Zukunft. So basiert das Konzept des ILC auf der bei DESY entwickelten supraleitenden TESLA-Beschleunigertechnologie.
IceCube und CTA
Am Standort Zeuthen ist DESY insbesondere in der Astroteilchenphysik aktiv. Die DESY-Forscher nutzen verschiedene Botenteilchen aus dem Kosmos, um den Geheimnissen von Sternexplosionen, kosmischen Teilchenbeschleunigern oder dunkler Materie auf die Spur zu kommen.
DESY beteiligt sich insbesondere an dem internationalen Neutrinoteleskop IceCube – dem mit einem Volumen von einem Kubikkilometer größten Teilchendetektor der Welt, der tief im Eis des Südpols eingeschmolzen ist. Zukünftig werden die Wissenschaftler zudem mit dem geplanten Gammateleskop CTA auf die Jagd nach hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung aus dem Weltraum gehen.
Theorie
Die theoretische Teilchenphysik ergründet das große Bild, das den experimentellen Ergebnissen zugrunde liegt.
Um die Welt der kleinsten Teilchen und ihre physikalischen Gesetze zu erklären, nutzen die Theoretiker bei DESY zahlreiche mathematische Hilfsmittel und speziell entwickelte Höchstleistungsrechner. Nur gemeinsam sind Theoretiker und Experimentalphysiker in der Lage, der Natur ihre Geheimnisse abzuringen und – so die Hoffnung der Forscher – nach und nach eine umfassende Theorie aller Teilchen und Kräfte auszuarbeiten.
Unter der Federführung von DESY haben sich alle deutschen Universitäten und Institute, die am LHC und ILC mitarbeiten, zu einer Helmholtz-Allianz zusammengeschlossen. Gemeinsam wollen die Partner der Allianz „Physik an der Teraskala“ das in Deutschland vorhandene Expertenwissen in der Teilchenphysik bündeln und langfristig stärken. Der Begriff „Teraskala“ bezieht sich dabei auf Energien von Tera-Elektronenvolt, also Billionen Elektronenvolt, die LHC und ILC erreichen sollen. In diesem Energiebereich erwarten die Teilchenphysiker entscheidende neue Entdeckungen.
In der Helmholtz-Allianz sollen insbesondere die über Deutschland verteilten Infrastrukturen der Teilchenphysik, wie z.B. Hochtechnologielabore oder Hochleistungscomputer, gebündelt und gemeinsam genutzt werden. Außerdem fördert die Allianz den wissenschaftlichen Nachwuchs und schafft zahlreiche neue Stellen. DESY bringt seine Stärken maßgeblich in den Verbund ein. Dazu gehören umfangreiches Know-how ebenso wie wichtige Infrastrukturen für die Entwicklung von Beschleunigern und Detektoren, umfassende Erfahrung mit der Analyse der physikalischen Daten sowie große Computing-Ressourcen. So entsteht bei DESY beispielsweise ein Zentrum für die Analyse von LHC-Daten.
