Das Center for Free-Electron Laser Science CFEL ist ein europaweit einmaliges Kompetenzzentrum für Forschung an Lichtquellen der neuesten Generation. Das Zentrum wurde von DESY, der Universität Hamburg und der Max-Planck-Gesellschaft gegründet, um die Möglichkeiten der Strahlungsquellen bei DESY – PETRA III, FLASH und künftig European XFEL – interdisziplinär optimal auszuschöpfen. Mit diesen neuen Lichtquellen können die Forscher dynamische Prozesse und strukturelle Änderungen von Atomen, Molekülen, Festkörpern, Plasmen und biologischen Systemen in Echtzeit beobachten und analysieren.

Lässt sich beobachten, wie ein Elektron während einer chemischen Reaktion blitzschnell von einem Reaktionspartner zum anderen springt? Kann man bestimmte Biomoleküle mit starken Röntgenblitzen so beleuchten, dass die Atome zu erkennen sind, aus denen sie aufgebaut sind? Und ist es möglich, Supraleiter – Stoffe, die Strom verlustfrei transportieren – mit Lichtpulsen ein- und auszuschalten? Diese Fragen lassen sich erst seit wenigen Jahren untersuchen – mit Lasern und Beschleunigern, die ultrakurze Lichtblitze erzeugen, sowie mit Spezialmikroskopen, die Nanoteilchen präzise analysieren können.

Einmaliges Kompetenzzentrum

Auf dieses hochaktuelle Forschungsfeld konzentriert sich das CFEL auf dem DESY-Campus in Hamburg. Die drei Kooperationspartner verfolgen dabei eine europaweit einzigartige Strategie: Experten diverser Fachdisziplinen beobachten die ultraschnellen Vorgänge im Nanokosmos aus unterschiedlichen Blickwinkeln, also mit verschiedenen Forschungswerkzeugen. Dazu nutzen die CFEL-Forscher Röntgenlaser, optische Laser und modernste Elektronen- und Rastertunnelmikroskope. Gleichzeitig entwickeln sie diese Forschungswerkzeuge weiter und erbringen damit einen fundamentalen Beitrag, um die dynamischen Prozesse in allen Bereichen der Materie weiter zu enträtseln. 

Die CFEL-Forscher durchleuchten mit hochintensiven Blitzen von Röntgenlasern Zellen, Viren, Eiweiße und Nanoteilchen, um deren Struktur zu entschlüsseln und so neues Grundlagenwissen für die Entwicklung künftiger Medikamente zu erschließen. Sie untersuchen ultraschnelle Prozesse, die sich in Festkörpern abspielen und als Basiswissen für Informationstechnologie und Energietechnik dienen können. Und sie machen mit „molekularen Filmen“ sichtbar, wie chemische Reaktionen ablaufen und wie die einzelnen Reaktionspartner miteinander agieren. Dabei setzt das CFEL – insbesondere im Bereich der Bio- und Nanomaterialien – neue Maßstäbe in der Forschung.