Woraus besteht die Welt in ihrem Kleinsten, was sind die Urteilchen der Materie? Seit der Antike gehen Naturforscher diesen Grundfragen nach. Bei ihrer Suche stießen sie auf immer kleinere Bausteine – erst die Atome, dann Atomkerne, bestehend aus Protonen und Neutronen, schließlich winzige Teilchen namens Quarks. Auch heute sind die Teilchenphysiker den grundlegenden Rätseln des Universums auf der Spur: Was hält das Weltall zusammen, und wie kommen Teilchen überhaupt zu ihrer Masse?

Als DESY 1959 gegründet wurde, war die Erforschung der kleinsten Teilchen die Hauptaufgabe des Zentrums. Im Laufe der Jahrzehnte steuerte es zentrale Mosaiksteine zur Teilchenphysik bei: Mit dem Speicherring PETRA entdeckten Forscher das Gluon – jenes „Klebeteilchen“, das die Quarks zusammenschweißt und ohne das es keine Atome gäbe. Später durchleuchteten sie mit dem HERA-Beschleuniger das Proton mit unerreichter Präzision. Das überraschende Ergebnis: Das Innenleben dieses für unsere Welt so wichtigen Teilchens entpuppte sich als viel komplexer als erwartet.

Auf der Spur der kleinsten Teilchen

Heute beteiligen sich DESY-Forscher an den aufsehenerregenden Experimenten am leistungsstärksten Beschleuniger der Welt, dem LHC in Genf. Im Rahmen der Experimente Belle und Belle II in Japan erforschen DESY-Physiker, warum es im Universum mehr Materie als Antimaterie gibt. Wieder andere fahnden mit dem ALPS-Detektor bei DESY nach Leichtgewichten unter den Teilchen, die Hinweise auf „neue Physik“ liefern könnten. Spannende Einblicke ins Proton liefert die Auswertung der Messdaten des OLYMPUS-Experiments und der Experimente am HERA-Beschleuniger bei DESY, Deutschlands bisher größter Forschungsanlage. Auch am Zukunftsprojekt der Teilchenphysik, dem internationalen Linearbeschleuniger ILC, wirken die DESY-Experten mit.

Blick in die Weiten des Kosmos

Die DESY-Wissenschaftler forschen auch in der Astroteilchenphysik, die Methoden der Astrophysik, Kosmologie und Teilchenphysik vereint. Mit spektakulären Detektoren und Teleskopen analysieren die Experten exotische Teilchen – Neutrinos und Gammastrahlen –, die aus fernen Winkeln des Weltalls kommen und über faszinierende Phänomene Auskunft geben können: schwarze Löcher, explodierende Sterne und Strahlungsausbrüche von unvorstellbarer Intensität.

Weltweites Computernetzwerk

Teilchenphysikexperimente produzieren enorme Datenmengen. Mit den LHC-Messdaten eines Jahres ließen sich mehr als eine Million DVDs füllen. Um diese Datenflut zu bewältigen, nutzen Informatiker ein neues Computerkonzept – das Grid, eine Spielart des „verteilten Rechnens“. Dabei agieren Dutzende Rechenzentren rund um den Globus gemeinsam. Mit seinem Grid-Zentrum spielt DESY eine wesentliche Rolle in diesem globalen Netzwerk.

Theoretische Teilchenphysik

Ohne theoretischen Unterbau ist das beste Experiment nichts wert: Nur gemeinsam können Theoretiker und Experimentalphysiker der Natur ihre Geheimnisse abringen und eine umfassende Theorie aller Teilchen und Kräfte im Universum ausarbeiten. Die DESY-Theoretiker erforschen das Standardmodell der Teilchenphysik, das mit großem Erfolg die Grundbausteine unserer Welt und die Kräfte, die zwischen ihnen wirken, beschreibt. Doch das Modell lässt zentrale Fragen offen. Woher kommt die Masse? Woraus besteht dunkle Materie? Was geschah nach dem Urknall? Gibt es Extradimensionen? Die DESY-Theoretiker loten verschiedene Möglichkeiten aus, das Modell zu erweitern und in eine umfassende Theorie einzubetten, die diese Fragen beantworten kann.