DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt

Die Seite wird erstellt Nikolai-Stefan Bayer
 
WEITER LESEN
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
DESY Kompakt

DESY Kompakt

Inhalt
Vorwort                                        7

Forschung Teilchenphysik                      11

Forschung mit Photonen                        25

Übersicht Beschleuniger                       37

Organigramm                                   40

Personal und Finanzen                         41

Organe der Stiftung und weitere Gremien       45

Nationale und Internationale Zusammenarbeit   49

                                                            5
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Vorwort

          Abbildung 1: Festrede des DESY-Direktors, Helmut Dosch, im Hamburger Rathaus zum
          Anlass des 50-jährigen Gründungstages des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY.

 6
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Vorwort

  Vorwort

2009 war für DESY ein ungewöhnliches Jahr. Das            Schavan eigens ans DESY kam. Die umfangreichen
Forschungszentrum feierte 50 Jahre Forschung an der       Baumaßnahmen auf dem DESY-Gelände, an der Os-
Weltspitze, ein guter Grund für einen stolzen Blick zu-   dorfer Born und in Schenefeld schreiten zügig voran.
rück in die DESY-History. Im März fand die Stabüber-      Im September fand die sogenannte Übersetzerkonfe-
gabe von Albrecht Wagner auf Helmut Dosch statt. Im       renz im Hamburger Rathaus statt, bei der 12 Länder die
Feierjahr begannen auch die Baumaßnahmen für den          XFEL Konvention unterzeichnet haben. Ende Oktober
Europäischen Röntgenlasers XFEL. Zur feierlichen In-      wurde die XFEL GmbH in einem Hamburger Notariat
betriebnahme der brilliantesten Synchrotronstrahlungs-    gegründet. 2014 werden wir die ersten Röntgenlaser-
quelle der Welt, PETRA III, kam die Bundesministe-        blitze sehen, die von der auf supraleitender Beschleu-
rin ans Forschungszentrum. Ada Yonath erhielt den         nigertechnologie basierten Anlage erzeugt werden. Die
Chemie-Nobelpreis für Ihre Synchrotronstrahlungs-         Protagonisten dieses internationalen Projektes sind sich
Experimente, die sie von 1986 bis 2004 am DORIS           sicher, dass dies dann die weltbeste Anlage seiner Art
Speicherring durchgeführt hat. Das Jahr 2009 sah also     sein wird.
ein DESY in Feierlaune, mitten im Umbruch und im
Aufbruch in eine neue Zukunft.                            Viel Lob hat DESY für seine neue Synchrotronstrah-
                                                          lungsquelle PETRA III geerntet, die am 19.9.2009
Für die Sicherung der notwendigen Ressourcen für die      von Bundesministerin Schavan feierlich in Betrieb
Forschung der nächsten fünf Jahre war die hervorra-       genommen wurde. Das 340 Mio. Euro teure Groß-
gende Begutachtung der bisherigen DESY-Forschung          projekt konnte im vorgegebenen finanziellen und zeit-
und der künftigen DESY-Forschungsstrategie im Rah-        lichen Rahmen realisiert werden und liefert die hoch-
men der sogenannten Programmorientierten Förderung        brillianten Röntgenstrahlen, die versprochen wurden.
durch eine internationale Kommission von großer Be-       Mit seinen hochenergetischen Röntgen-Nanostrahlen
deutung. DESY’s weltweit sichtbare Rolle in der Erfor-    und den hochmodernen Experimentierstationen wird
schung der Struktur und der Funktion der Materie wur-     PETRA III die Erforschung der kondensierten Materie
de sehr eindrucksvoll bestätigt. Dieser großartige Er-    revolutionieren und neue Einblicke in Hochleistungs-
folg DESY’s wäre nicht möglich ohne die vielen hoch-      Nanomaterialien und biologischen Proben ermögli-
kompetenten und hochmotivierten Mitarbeiter in Ham-       chen. Während die 14 Experimentierstationen jetzt Zug
burg und Zeuthen, auf die man zu Recht stolz sein kann.   um Zug in Betrieb gehen, plant DESY bereits den
                                                          nächsten Schritt, die beiden PETRA III-Erweiterungs-
Mit dem Bau des Europäischen Röntgenlaser XFEL in         hallen Nord und Ost, die einen Teil der Messtechniken
Hamburg entsteht ein internationales Großforschungs-      übernehmen, welche durch die geplante Abschaltung
projekt mit einzigartigem Entdeckungspotential und        von DORIS III dann den Nutzern fehlen werden, aber
mit DESY in einer Schlüsselrolle. DESY ist für den        auch die zusätzlichen Experimentier-Stationen für in-
Bau und die Inbetriebnahme des supraleitenden Be-         ternationale Kooperationen, wie mit Indien, Schweden
schleunigers verantwortlich. Für die aufwändigen Tests    und Russland, unterbringen sollen.
ist eigens eine riesige Halle auf dem DESY-Gelände
entstanden, die AMTF-Halle, zu dessen Grundstein-         Während PETRA III nun den analytischen Schritt in die
legung am 21. Juli die Bundesministerin Prof. Anette      Untersuchung von Nanomaterialien unter umwelt- und

                                                                                                              7
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Vorwort

anwendungsrelevanten Bedingungen ermöglicht, also          gerforschung. Bis 2012 wird diese weltweit sichtbare
aktuelle Probleme angeht, stehen die Freie Elektronen      strategische Allianz über den Impuls-und Vernetzungs-
Laser bei DESY für die Welt von übermorgen. Das            fonds des Helmholtz-Präsidenten finanziert, die Her-
Flaggschiff ist der XFEL. Daneben betreibt DESY die        ausforderung ist deshalb, Mittel und Wege zu finden,
FLASH-Anlage, die in 2009 überragende Ergebnisse           um dieses clevere Instrument in der Teilchenforschung
erzielt hat. Der Erfolg dieser Anlage ist der professio-   dauerhaft zu installieren.
nellen Beschleuniger-Mannschaft zu verdanken, aber
                                                           Am Standort Zeuthen kristallisiert sich immer kla-
auch den cleveren Wissenschaftlern, die hier völlig
                                                           rer ein neuer Forschungsschwerpunkt des DESY her-
neuartige Experimente wagen. Mit dem Forschungs-
                                                           aus, Astroteilchenforschung. Dieser noch junge For-
Konsortium CFEL, das von DESY, der Max-Planck-
                                                           schungszweig passt hervorragend in die DESY Mission
Gesellschaft und der Universität Hamburg getragen, hat
                                                           und verspricht viele aufregende Entdeckungen. Zeuthen
Hamburg einen internationalen Leuchtturm in Photon
                                                           hat entschieden, sich auf hochenergetische Neutrinos
Science geschaffen. 2009 hat sich Prof. Dwayne Miller
                                                           und Gammastrahlung zu konzentrieren. Diese Teilchen
von Toronto diesem Zentrum angeschlossen. Die CFEL
                                                           sind Botschafter von sehr virulenten astronomischen
Wissenschaftler machen auch mit herausragenden Ex-
                                                           Quellen und geben deshalb einen sehr direkten Auf-
perimenten an der amerikanischen Röntgenlaserquelle
                                                           schluss über die Entwicklung des Universums. Die ge-
LC LS Furore.
                                                           waltige Detektoranordnung ICECUBE ist mittlerweile
In der Teilchenforschung fokussiert sich DESY auf die      vollständig in das Eis am Südpol eingelassen worden
zügige Auswertung der HERA-Daten, die innerhalb der        und arbeitet problemlos. Hier ist Zeuthen international
kommenden POF-Periode abgeschlossen werden soll.           hoch sichtbar. Zeuthen bereitet sich nun darauf vor,
Die HERA-Daten liefern die höchstaufgelöste Bilder         zum einen in der Datenernte von Icecube mitzuspielen
von der inneren Struktur des Protons und bilden eine       und zum anderen ein maßgeblicher Partner im interna-
unabdingbare Grundlage für das Verständnis der künf-       tionalen Cerenkov Telescope Array (CTA) Projekt zu
tigen Ergebnisse aus den LHC Experimenten.                 werden. Die Aussichten sind da sehr gut.

Seit Anfang 2009 steht das CERN unter der Leitung          Zeuthen betreibt daneben das PITZ-Experimentierlabor,
von Rolf Heuer. Er hat den derzeit wichtigsten Job         das sich mit der Elektronenkanonen-Entwicklung für
in der Teilchenforschung, denn von den Ergebnissen         Freie Elektronen-Laser, insbesondere für den Euro-
dieses Experimentes werden alle künftigen Entschei-        päischen XFEL beschäftigt. Diese Arbeiten sind ein un-
dungen auf der sogenannten Energy Frontier abhängen.       verzichtbarer Bestandteil der FEL-Strategie von DESY.
Mit den ersten belastbaren Daten ist ab 2012/13 zu         DESY pflegt eine intensive Zusammenarbeit mit der
rechnen. DESY ist an den beiden großen Detektoren          Universität Hamburg. Diese Zusammenarbeit soll in
CMS und ATLAS beteiligt. Bereits jetzt beginnen die        Zukunft noch intensiviert und in eine neue strategische
Überlegungen für die nächste Detektoren-Generation         Partnerschaft geführt werden, die auf Köpfe und Ideen
für den LHC-Strom-Upgrade (sLHC), hier will DESY           setzt und neue Akzente in der Forschung, in der Lehre
eine wichtige Rolle spielen.                               und im Wissenstransfer setzt. Der wird fieberhaft am
                                                           Rahmenvertrag gearbeitet, der bürokratische Barrieren
Zu einer entscheidenden Säule in der Teilchenfor-
                                                           abbauen und neue Brücken aufbauen soll. Offizieller
schungs-Strategie von DESY ist die Helmholtz-Al-
                                                           Start dieses Hamburger Zukunftsprojektes wird voraus-
lianz „Physics at the Terascale“ geworden, die von
                                                           sichtlich Herbst 2010 sein.
DESY ins Leben gerufen und koordiniert wird. Ne-
ben DESY ist das KIT und 17 Universitäten sowie            Nationale und Internationale Kooperationen werden
das Max-Planck-Institut in München beteiligt. Die Al-      auch in Zukunft ein wichtiger Eckpfeiler in der DESY
lianz koordiniert die Daten-Analyse, die Detektoren-       Strategie bleiben. Wir haben beste Erfahrungen mit
Entwicklung, das Grid-Computing und Beschleuni-            unseren Partnern vom EMBL, der Max-Planck-Gesell-

  8
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Vorwort

schaft und der GKSS, die fast schon traditionell bei     Ich sehe also eine brilliante Zukunft für DESY, das sich
DESY Außenstellen haben. Mit der stärkeren Inter-        mit seinen zukunftsorientierten Großgeräten hervorra-
nationalisierung der Großforschung werden derartige      gend für den internationalen Wettbewerb positioniert
Kooperationen mit Sicherheit weiter zunehmen. Dies       hat. Diese Einsicht ist aber kein Anlass, sich bequem
bedarf einer professionellen Koordination, bietet aber   zurückzulehnen, sondern vielmehr Ansporn, mit al-
enorme Chancen für unsere Wissenschaftler und vor        ler Kraftanstrengung am Ausbau der DESY-Forschung
allem auch für unseren wissenschaftlichen Nachwuchs.     weiterzuarbeiten.

                                                                                                             9
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Forschung Teilchenphysik

        Abbildung 2: Die größte internationale Konferenz der Teilchenphysik, das Lepton Photon
        Symposium, fand 2009 in Hamburg statt.

10
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Forschung Teilchenphysik

  Forschung Teilchenphysik

Überblick                                                  die Teilchenphysik an Experimenten bei höchsten Kol-
                                                           lisionsenergien betreiben: 18 Universitäten, das Max-
                                                           Planck-Institut München und das Forschungszentrum
Das Jahr 2009 war wegweisend für die weitere Ent-
                                                           Karlsruhe. Die Allianz ist das wichtigste Instrument
wicklung der Teilchen- und Astroteilchenphysik bei
                                                           zur zukünftigen Strukturierung der Teilchenphysik in
DESY. Im Februar fand die Evaluierung der Pro-
                                                           Deutschland und wurde zur Halbzeit ihrer ursprüng-
grammvorschläge für die zweite Periode (2010–14) der
                                                           lich genehmigten Projektdauer von einem international
Programmorientierten Forschung (PoF) innerhalb der
                                                           hochkarätig besetzten Gremium mit großem Erfolg
Helmholtz-Gemeinschaft statt, welche die Entwicklung
                                                           begutachtet. Die Notwendigkeit eines solchen Instru-
unseres wissenschaftlichen Programms für die nächs-
                                                           mentes in Deutschland wurde eindrucksvoll bestätigt,
ten fünf Jahre und darüber hinaus entscheidend mit-
                                                           ebenso der bisherige Erfolg bei der Implementierung
bestimmt. In allen Evaluationen haben DESY-Projekte
                                                           des Programms. Die Gutachter empfehlen nachdrück-
sehr gute Beurteilungen erzielt und wurden nachdrück-
                                                           lich die Weiterführung der Allianz auch nach dem
lich von den international bestückten Gutachtergremien
                                                           Auslaufen der dafür genehmigten Helmholtz-Mittel in
unterstützt. Dies unterstreicht die Wertschätzung unse-
                                                           2012.
rer Arbeit und Pläne für die Zukunft.
Das sehr positive Resultat dieses Evaluierungsprozes-      Ein großer Erfolg ist auch der Forschungscluster Con-
ses gibt uns damit eine stabile Basis für die nächsten     necting Particles with the Cosmos, den wir zusammen
Jahre. Es bestätigt die langfristige DESY-Strategie,       mit unseren Partnern von der Universität Hamburg im
deren Kernpunkte die reiche wissenschaftliche Ernte        Rahmen der Hamburger Landesexzellenzinitiative ein-
des HERA-Programms, eine starke Beteiligung an den         geworben haben. Dieses Projekt startete im Sommer
LHC-Experimenten ATLAS und CMS und Vorberei-               2009 und wird die Zusammenarbeit in der Teilchen-
tung des International Linear Colliders (ILC) sind.        physik zwischen Universität und DESY weiter stärken.
Dieses experimentelle Programm wird ergänzt durch          Darüber hinaus haben wir gemeinsam mit der Univer-
eine starke und thematisch breit aufgestellte Theorie-     sität eine neue Professur an der Schnittstelle zwischen
gruppe, die insbesondere von großer Bedeutung für die      Beschleuniger, Experiment und Theorie eingerichtet.
Ausbildung junger Theoretiker in Deutschland und weit      Die Position des leitenden DESY Wissenschaftlers in
darüber hinaus ist. Eine ebenso zentrale und internatio-   der Phänomenologie wurde besetzt, der ebenfalls sehr
nal wichtige Rolle spielt die Infrastruktur, die DESY      eng mit Kollegen der Universität zusammenarbeitet.
großen Experimenten bieten kann: vom Entwurf, über
                                                           Die Analyse der einzigartigen HERA-Daten ist plan-
den Bau und Test großer Detektoren bis hin zur Analyse
                                                           mäßig fortgesetzt worden. Besonders durch die Kom-
der Experimente.
                                                           bination der Experimente konnte die Präzision bei der
Ein wichtiges Element für die Zukunft der Teilchen-        Aufklärung der Struktur des Protons weiter gesteigert
physik am DESY ist die Helmholtz Allianz Physics at        werden. Unsere internationalen Partner sind weiterhin
the Terascale, die 2007 gegründet wurde und von der        sehr in den Kollaborationen engagiert. Weitere Fort-
Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt wird. Sie vereinigt     schritte wurden auch bei der Vorbereitung in Richtung
unter der Führung von DESY alle deutschen Gruppen,         ILC erreicht. Wichtige Experimente bei FLASH konn-

                                                                                                             11
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Forschung Teilchenphysik

ten entscheidende Parameter für den XFEL und ILC           sie im Antrag entwickelt worden waren, weitgehend
erfolgreich testen. Eine internationale Expertengruppe     Realität geworden. Im November fand das dritte Jah-
hat das ILD-Detektorkonzept, zu dem Wissenschaft-          restreffen der Allianz bei DESY statt, das von fast 300
ler, Ingenieure und Techniker von DESY maßgeblich          Mitgliedern der Allianz besucht wurde.
beitragen, validiert und die Kollaboration aufgefordert
es weiter zu entwickeln. Diese Entscheidung war einer      Ende 2009 wurde die Allianz von einem international
der Höhepunkte des Lepton-Photon Symposiums, der           und hochkarätig besetzten Panel unter der Leitung von
wichtigsten internationalen Konferenz in 2009 auf dem      Prof. Dr. Jos Engelen evaluiert. Das Ergebnis dieser Be-
Gebiet der Teilchenphysik, das in Hamburg von DESY         gutachtung ist außerordentlich positiv ausgefallen. Die
und der Universität ausgerichtet wurde.                    Gutachter empfehlen nachdrücklich die Strukturen der
                                                           Allianz auch dem deren offiziellem Ende nach dem Jahr
Erfolgreich ist das Jahr 2009 auch für die Astroteil-      2012 weiter zu führen. In den letzten Monaten hat in-
chenphysik bei DESY verlaufen. Die IceCube Kollabo-        nerhalb Deutschlands eine breit aufgestellte Diskussion
ration konnte weitere 19 Strings am Südpol installieren,   begonnen, wie eine solche Verstetigung der Allianz aus-
so dass der Detektor im Sommer 2010/11 komplettiert        sehen kann und soll. Breite Einigkeit besteht, dass die
werden kann. Mit der Beteiligung am Cerenkov Tele-         wesentlichen Elemente gut arbeiten und erhalten blei-
scope Array (CTA) hat DESY auch ein Zukunftsprojekt        ben sollen. Offen ist allerdings die Frage der Finanzie-
begonnen.                                                  rung, insbesondere für die nicht bei DESY angesiedel-
Das wichtigste Ereignis für die Teilchenphysik weltweit    ten Aktivitäten. Lediglich das DESY-basierte Personal
war sicherlich der Start des LHC am CERN mit ersten        wurde im Rahmen der PoF-Evaluation für eine Verste-
Kollisionen bei 900 GeV und über 2 TeV. Die Experi-        tigung berücksichtigt. Die Finanzierung nach 2012 für
mente waren sehr gut darauf vorbereitet und konnten        alle weiteren Maßnahmen und Strukturen der Allianz,
bereits nach kurzer Zeit erste Ergebnisse präsentieren.    bei DESY und bei den Universitäten, ist weiterhin of-
Die DESY-Gruppen bei ATLAS und CMS haben dazu              fen.
an vielen Stellen beigetragen. Der LHC ist das zentrale
                                                           Die vier Säulen der Allianz waren auch im Jahr 2009
Projekt der Teilchenphysik weltweit und wird die Zu-
                                                           sehr aktiv und haben vielfältige Aktivitäten durchge-
kunft des Forschungsfeldes bestimmen und damit auch
                                                           führt. Für die Detektorentwicklungsaktivitäten wur-
großen Einfluss auf die weitere Entwicklung bei DESY
                                                           den neue Laborräume aufgebaut und bezogen (Ab-
haben.
                                                           bildung 3). Im Sommer wurden aus Geldern, die an
Die Höhepunkte der Teilchen- und Astroteilchenphy-
sik bei DESY im Jahre 2009 wurden erstmals in einer
illustrierten, englischsprachigen Broschüre beschrieben
(siehe CD).

Helmholtz-Allianz
Die Helmholtz-Allianz Physics at the Terascale, in der
DESY, das Karlsruhe Institute of Technology (KIT), das
MPI München und alle am LHC und ILC beteiligten
deutschen Universitätsgruppen eingegliedert sind, hat
im Jahre 2009 weitere Fortschritte gemacht.
Zur Halbzeit des Projektes, 2 1/2 Jahre nach ihrer Grün-   Abbildung 3: Das neue Detektorlabor in der Nähe des
dung, sind Ende 2009 die Strukturen der Allianz, wie       HERA-B-Detektors.

  12
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Forschung Teilchenphysik

anderer Stelle in der Allianz eingespart werden konn-        HERA
ten, neue Projekte ausgeschrieben. Diese Ausschrei-
bung fand eine breite Resonanz und resultierte in etwa       Die Datenanalyse der HERA-Experimente hat im Jahr
zehn neuen Projekten, die von der Allianz gefördert          2009 sehr gute Fortschritte gemacht. Viele neue Resul-
werden. Diese Projekte wurden daraufhin ausgewählt,          tate konnten auf den Konferenzen vorgestellt und publi-
dass sie die Ziele der Allianz, gerade im Hinblick auf       ziert werden.
eine weitere Vernetzung zwischen den Partnern und die
Nutzung der Allianz Infrastrukturen, besonders beto-         Die Neu-Rekonstruktion der umfangreichen Daten von
nen. In mehreren Bereichen konnten Projekte gefördert        H1 und ZEUS mit optimierter Kalibration wurden weit-
werden, die neue Themen aufgreifen und untersuchen           gehend abgeschlossen, so dass nun homogene Daten-
wollen.                                                      sätze mit höchster Datenqualität und großer Statistik
                                                             für die Analysen zur Verfügung stehen. Neben den in-
Ein wichtiger Teil der Allianz ist ein Analyse-Zentrum       dividuellen Analysen der Kollaborationen, die auf al-
der Allianz, angesiedelt bei DESY. Im Laufe des Jahres       len Themen des breiten Forschungsbereichs mit Hoch-
konnte das Analyse-Zentrum personell komplettiert            druck vorangetrieben werden, konnte auf einigen Ge-
werden. Vier Themenbereiche wurden identifiziert,            bieten durch Kombination der Resultate von H1 und
in denen das Analyse-Zentrum in der nahen Zukunft            ZEUS eine weitere Erhöhung der Genauigkeit erzielt
seinen Schwerpunkt setzen will. Wesentliche Fort-            werden. In vielen Fällen kann durch diese Kombination
schritte konnten bereits beider Optimierung von Monte        nicht nur der statistische, sondern auch der systemati-
Carlo Programmen für den LHC von Mitgliedern des             sche Fehler der Messergebnisse durch die wechselsei-
Analyse-Zentrums gemacht werden.                             tige Kalibration der unterschiedlichen Detektoren redu-
                                                             ziert werden. Die erste gemeinsame Analyse auf dem
Ausbildung von Physikern ist ein wichtiger Teil der Al-
lianz. Auch im Jahre 2009 sind viele Schulen und spezi-
elle Seminaren durchgeführt worden. Nach wie vor sind                                             H1 and ZEUS
                                                                    1
diese Veranstaltungen sehr gut besucht. Das erste Mal
                                                              xf

                                                                                                                      Q2 = 10 GeV2
fand im Jahr 2009 die Beschleuniger-Schule der Alli-
anz nicht bei DESY statt, sondern wurde vom Allianz-               0.8                            HERAPDF1.0
                                                                                                  exp. uncert.
Partner Dortmund ausgerichtet.
                                                                                                  model uncert.
                                                                                                  parametrization uncert.    xuv
Wissenschaftlich haben Mitglieder an der Vorbereitung              0.6
                                                                                      xg (× 0.05)
der Datennahme am LHC, sowohl auf der experimen-
tellen als auch auf der theoretischen Seite, intensiv mit-
                                                                   0.4
gearbeitet. Die Allianz konnte hier an mehreren Stellen,                                                                     xdv
z. B. durch die Entsendung von Personen ans CERN, für                         xS (× 0.05)

die Übernahme wichtiger Funktionen sorgen. Mitglie-                0.2
der der Allianz waren an zentraler Stelle an der Erstel-
lung des Letter of Intents für einen Detektor am Linear
Collider beteiligt. Auch hier war die Unterstützung von                  -4                  -3                  -2          -1
                                                                     10                     10              10              10       x 1
Gruppen durch die Allianz von zentraler Bedeutung und
half, den Beitrag der deutschen Community zu stärken.
                                                             Abbildung 4: Parton Dichteverteilungen (PDF) im
Die im Folgenden beschriebenen Aktivitäten von DESY          Proton, die aus kombinierten Messungen von H1 und
in der Teilchenphysik sind in die Allianz eingebun-          ZEUS extrahiert wurden, dargestellt bei einem virtuel-
den.                                                         len Q2 = 10 GeV2 .

                                                                                                                                     13
DESY Kompakt Inhalt - DESY Kompakt
Forschung Teilchenphysik

Gebiet der Suche nach neuer Physik befasst sich mit        organisatorische und technologische Fragen und daraus
der Suche nach Ereignissen mit mehreren Leptonen, die      resultierende Anforderungen diskutiert wurden. Die
einen hohen Transversalimpuls aufweisen. Im Rahmen         erarbeiteten Ergebnisse wurden in einem Dokument
der Statistik stimmt die Zahl der beobachteten Ereig-      zusammengefasst und dem International Committee
nisse mit den Erwartungen des Standardmodells über-        for Future Accelerators (ICFA) zur Begutachtung vor-
ein.                                                       gelegt.

Weitere kombinierte Analysen befassen sich mit in-         Ein wichtiges Feld für das HERMES-Experiment sind
klusiven Streuquerschnitten und die davon abgeleitete      harte exklusive Prozessen, die einen Zugang zu den
QCD-Analyse bzw. Extraktion der Partondichten und          so genannten Generalisierten Parton-Verteilungen er-
haben international großes Interesse gefunden, da die      öffnen. Diese ermöglichen eine drei-dimensionale Be-
erzielte Genauigkeit alle bisherigen entsprechenden        schreibung der Struktur des Nukleons auf dem Niveau
Analysen übertrifft (Abbildung 4). Eine möglichst ge-      von Partonen, indem sie den Anteil eines Partons am
naue Bestimmung der Partondichteverteilungen im Pro-       longitudinalen Impuls des Nukleons mit seiner trans-
ton ist unter anderem für die Interpretation der zukünf-   versalen Position im Nukleon korrelieren. Ihre Mes-
tigen LHC-Daten von großer Bedeutung (Abbildung 5).        sung hat insbesondere das Ziel, den Gesamtdrehimpuls
                                                           der Quarks und – unter Verwendung der existieren-
Die von den HERA-Experimenten angeregte Initia-            den Information über den Beitrag der Quarkspins zum
tive zur langfristigen Speicherung von Daten in der        Spin des Nukleons – ihren Bahndrehimpuls in einem
Hochenergiephysik wurde inzwischen von allen we-           polarisierten Nukleon direkt zu bestimmen.
sentlichen auf diesem Gebiet tätigen Laboren aufge-
griffen. Es hat sich eine experimentübergreifende Ar-      Weitere wichtige Arbeiten der HERMES-Kollaboration
beitsgruppe gebildet, die bereits mehrere internationale   in 2009 sind die erstmalige Messung einer von Null ver-
Workshops zu diesem Thema sowohl bei DESY als              schiedenen Sivers-Verteilungsfunktion in der tief-un-
auch im Ausland veranstaltet hat, auf denen inhaltliche,   elastischen Elektron-Nukleon-Streuung (Abbildung 6),
                                                           deren Existenz von Null verschiedene Bahndrehim-

Abbildung 5: Vorhersage für den Produktionswikungs-
querschnitt einzelner W + -Bosonen am LHC bei Ener-        Abbildung 6: Modelvorhersage der Sivers-Verteilung
gien von 14 TeV. Die untere Abbildung zeigt den ent-       von u-Quarks. Für ein rechts polarisiertes Proton be-
sprechenden Fehler, der aus der Unsicherheit der von       wegen sich mehr Quarks nach unten (d. h. mit negati-
H1 und ZEUS bestimmten PDF stammt.                         vem Impuls in y-Richtung) als nach oben.

  14
Forschung Teilchenphysik

pulse der Quarks voraussetzt, und die Suche nach ei-
nem Beitrag des Zwei-Photonen-Austauschs in der tief-
unelastischen Streuung an einem transversal polarisier-
ten Wasserstofftarget durch Messung einer Asymmetrie
in der azimutalen Winkelverteilung der gestreuten Elek-
tronen. Innerhalb der experimentellen Genauigkeit von
10−3 wurde kein derartiger Beitrag zum Wirkungsquer-
schnitt beobachtet.

Die Kalibration des Rückstoß-Detektors und das interne
Alignment der einzelnen Detektorkomponenten wurden
weitgehend abgeschlossen und die Analyse der mit die-
sem Detektor in den Jahren 2006–2007 aufgezeichneten
Daten ist weit fortgeschritten.

                                                            Abbildung 7: Kontrollhistogramm des ATLAS Trigger-
LHC                                                         systems. Gezeigt ist die räumliche Verteilung der Kol-
                                                            lisionspunkte in der Ebene transversal zur Strahlrich-
Bei den LHC-Experimenten war das Jahr 2009 geprägt          tung.
durch Vorbereitungen auf die ersten Kollisionen, die
dann bei 900 GeV und 2.36 TeV ab November erreicht
wurden. Nach Analyse einer großen Anzahl kosmischer         Eine weitere Aktivität der ATLAS-Gruppe ist der Bau
Myonen konnten die Experimente sehr gut kalibriert          des Luminositätsdetektors ALFA. Dabei hat die Gruppe
und die einzelnen Komponenten zueinander ausgerich-         die Präzisionsvermessung der szintillierenden Fasern,
tet werden. Als großer Erfolg ist zu werten, dass die Ex-   den Bau des Triggerdetektors, die Beschaffung der
perimente von ersten Tag an voll funktionsfähig waren       Photomultiplier und den Bau der Hochspannungsver-
und in vielen Bereichen sehr schnell nahe an ihre volle     sorgung übernommen. Die Detektoren werden zurzeit
Leistungsfähigkeit heran gekommen sind. Die Zeit bis        gebaut und sollen in der Wartungsphase 2010/2011 in
zum Start des LHC wurde auch intensiv genutzt, um           ATLAS eingebaut werden. Parallel dazu fanden unter
Verbesserungen an den Experimenten zu verwirklichen         Leitung eines DESY-Mitarbeiters Teststrahlmessungen
und noch fehlende, kleinere Komponenten einzubauen.         statt.

DESY ist am Aufbau, Betrieb und Optimierung des             DESY beteiligt sich an Physik-Analysen in ATLAS,
ATLAS Triggersystems beteiligt, in enger Zusam-             insbesondere im Hinblick auf Messungen der Top-
menarbeit mit deutschen und internationalen Partnern.       Quark-Produktion, der Suche nach Supersymmetrie
Auf verschiedenen Gebieten wurden entscheidende             und der Produktion von W- und Z-Bosonen. Die Gruppe
Beiträge geliefert und Gruppenmitglieder konnten an         hat Verantwortung in der Rekonstruktion von Tau-
zentralen Stellen Verantwortung übernehmen. Neben           Leptonen übernommen und stellt einen Koordinator
Arbeiten an der Verarbeitungssoftware der Triggerin-        der ATLAS-Monte-Carlo-Gruppe. DESY spielt eine
formation lag der Fokus der DESY-Arbeiten auf dem           führende Rolle bei der Definition und Produktion von
Aufbau von wichtigen Komponenten zum Betrieb, der           Datensätzen und stellt hier einen Koordinator sowie die
Konfiguration und der Überwachung des Triggersys-           Verantwortlichen für Elektronen, Tau-Leptonen und
tems (Abbildung 7). DESY beteiligt sich aktiv am            Top-Physik. DESY hat weiterhin die Verantwortung für
Betrieb des Triggersystems während der Datennahme.          die Implementierung von Ereignisgeneratoren in die

                                                                                                              15
Forschung Teilchenphysik

ATLAS-Simulation und liefert wichtige Beiträge auf       alle Morgenschichten für die Datenqualitätssicherung
dem Gebiet der schnellen Schauersimulation.              übernommen
Die Beiträge der DESY-CMS-Gruppe zum Detektor            Die geplante Erhöhung der Luminosität (Hochlumino-
liegen beim Beam Condition Monitor (BCM) und dem         sitätsphase) ab ca. 2020 wird einen Komplettaustausch
CASTOR-Kalorimeter. Der BCM dient zum Schutz             der Spurdetektoren der Experimente mit sich ziehen.
des empfindlichen CMS-Spurendetektors vor Strahlen-      Dazu ist es notwendig, bereits jetzt mit den Entwick-
schäden durch ungünstige Strahlbedingungen. Nach         lungsarbeiten für schnellere und strahlenhärtere Detek-
dem Öffnen des CMS-Detektors Anfang 2009 wurde           toren zu beginnen. Die DESY-ATLAS-Gruppe hat Ent-
das System wieder eingebaut und erfolgreich in Be-       wicklungsarbeiten zur Spannungsversorgung der Spur-
trieb genommen. Von den ersten Kollisionen an spielt     detektoren sowie zur Simulation eines neuen Pixelde-
dieses System eine wichtige Rolle im CMS Online-         tektors begonnen. Aufgrund der hohen Strahlenbelas-
System. In 2009 ist es auch gelungen, das CASTOR-        tung muss bereits 2014 die innerste Lage des ATLAS
Kalorimeter fertig zu stellen, in den CMS-Detektor       Pixeldetektors ersetzt werden. Hier beteiligt sich DESY
einzubauen (Abbildung 8) und in Betrieb zu nehmen.       an der Entwicklung der Spannungsversorgung und der
Für die DESY-Gruppe ist besonders die Datennahme         optischen Auslese sowie durch Teststrahlstudien neuer
in den ersten Jahren am LHC bei noch relativ geringen    Sensoren.
Luminositäten interessant, weil sich hier interessante
Verbindungen zu Physik bei HERA ergeben.                 An dem Upgrade des CMS-Experiments beteiligt sich
                                                         DESY vorrangig an den R&D-Studien für einen neuen
DESY ist auch maßgeblich am Alignment, der exakten
                                                         Spurdetektor. Ein Fokus der Aktivitäten auf Studien
Ausrichtung der Komponenten, des CMS-Spurdetektors
                                                         zu den Sensor-Eigenschaften, der andere Fokus auf
und der Qualitätsüberwachung der Daten beteiligt und
                                                         dem Bau von den Detektor-Modulen, für die Finite-
hat hier wichtige Koordinationsaufgaben übernommen.
                                                         Elemente-Rechnungen für die mechanische Stabilität
Diese Arbeiten haben entscheidend dazu eingetragen,
                                                         und die erforderliche Kühlung durchgeführt und mit
dass erste Resultate bereits kurz nach der Datennahme
                                                         entsprechenden Testständen überprüft werden sollen.
veröffentlicht werden konnten. Wie auch schon in der
Vergangenheit, haben CMS-Mitglieder von DESY und
der Universität Hamburg vom CMS Remote Center aus
                                                         ILC
                                                         Die Pläne zur Realisierung des International Linear
                                                         Collider (ILC), ein e+ e− Linearbeschleuniger mit
                                                         Schwerpunktsenergien von 500 bis 1 000 GeV, wur-
                                                         den in 2009 weiterhin global vorangetrieben. Die tech-
                                                         nische Design-Phase ist bis 2012 geplant; das Projekt
                                                         durchlief im April bei einem Treffen in Tsukuba, Japan,
                                                         den ersten großen internen Review nach Veröffentli-
                                                         chung des Reference Design Reports im Jahr 2007
                                                         (Abbildung 9). Die Arbeiten während dieser Phase
                                                         konzentrieren sich auf die zwei kritischen Herausforde-
                                                         rungen: Erreichen der höchsten Gradienten für supralei-
                                                         tende Resonatoren und Überwinden des electron-cloud
Abbildung 8: Das CASTOR Kalorimeter während des          Effekts in Positron-Dämpfungsringen, der den Maxi-
Einbaus im CMS Detektor.                                 malstrom begrenzen kann.

 16
Forschung Teilchenphysik

                                                           ist wesentlich an der Entwicklung und dem Unterhalt
                                                           der international genutzten ILC-Software beteiligt. In-
                                                           zwischen wird diese Software auch vom CLIC-Projekt
                                                           am CERN benutzt, mit dem eine enge Zusammenarbeit
                                                           etabliert worden ist.

                                                           Die Arbeiten im Bereich der Detektorentwicklung ge-
                                                           hen gut voran und sind national eingebunden in die
                                                           Helmholtz-Allianz und international in mehreren R&D-
                                                           Kollaborationen sowie auf europäischer Ebene durch
                                                           die EU gefördert im Rahmen des EUDET-Projekts. Im
Abbildung 9: Dreidimensionale Beschleuniger-Visua-
                                                           Rahmen von EUDET ist am DESY ein hochauflösendes
lisierung als DESY-Beitrag zum ILC.
                                                           Strahlteleskop aufgebaut worden, welches am DESY
                                                           und am CERN zum Einsatz kommt. Im Sommer des
Große Fortschritte gab es im Hochgradienten-Programm       Jahres 2009 war das Teleskop für mehrere Monate am
für die supraleitenden Resonatoren. Dieses Programm,       CERN im Einsatz und wurde dort sowohl im Rahmen
das europäische Förderung (ILC-HiGrade) und För-           von ILC als auch im Rahmen von ATLAS-Projekten für
derung durch die Helmholtz-Allianz erfährt, nutzt die      Upgrade-Studien verwendet. Der große TPC-Prototyp
Ausschreibung für den europäischen XFEL, um für die        wurde im Jahre 2009 fast kontinuierlich von Gruppen
standardisierten Produktionsverfahren für die Resona-      aus Frankreich, den Niederlanden, Deutschland, Japan
toren durch bessere Präparation und Diagnose höhere        und Kanada verwendet um verschiedene Technologien
Gradienten, wie für den ILC erwünscht, zu erreichen.       im Strahl zu erproben. Ab 2010 werden alle wesent-
Diese Option ist weltweit einzigartig. Einen Vorge-        lichen Komponenten einschließlich 10 000 Auslese-
schmack auf den Betriebsmodus der ILC-Resonatoren          kanälen verfügbar sein und eine Fülle grundlegender
gaben die Experimente bei FLASH. Im Herbst 2009            Untersuchungen ermöglichen (Abbildung 10).
wurde ein dediziertes Experimentierprogramm am
FLASH durchlaufen, in dem maximaler Strom, maxi-           Nach dem Abschluss der Teststrahlkampagne des ha-
male Pulslänge und maximaler Gradient erprobt wurde.       dronischen Kalorimeters am Fermilab im Herbst 2008
Dieser Betriebsmodus ist sowohl für den Europäischen
XFEL als auch für ILC von ausschlaggebender Bedeu-
tung und fand große internationale Beachtung.
Die Weiterentwicklung der Experimente für einen Li-
nearbeschleuniger wurde international und bei DESY
in 2009 mit Nachdruck betrieben. Die Experimente sind
in Konzept-Gruppen organisiert. Nachdem Ende März
die Letter of Intents fertig gestellt worden sind – DESY
ist zentral am ILD-Detektor-Konzept beteiligt – wurden
diese im Laufe des Sommers von einer internationalen
Expertenkommission begutachtet. Das ILD-Konzept
konnte aus dieser Begutachtung mit sehr guten Noten
hervorgehen, und hat jetzt offiziell das Mandat bekom-
men, einen Vorschlag für einen der zwei Detektoren am
ILC zu entwickeln. Eine sehr wichtige Rolle bei den
Studien spielt die Software-Entwicklung. DESY hat          Abbildung 10: Rekonstruktion eines niederenergeti-
hier an zentraler Stelle wichtige Beiträge geleistet und   schen Teilchens, nachgewiesen im TPC-Prototyp.

                                                                                                             17
Forschung Teilchenphysik

konzentrierten sich die Aktivitäten hier auf die Ana-    Gleich in der sich anschließenden Woche vom 4. zum
lyse der Daten, und die Entwicklung der nächsten         9. Oktober 2009 fand in den Räumen der Berlin-
Prototyp-Generation. Ausführliche Studien über den       Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften die
mechanischen Aufbau der geplanten Module wurden          Internationale Konferenz QCD: The Modern View of
durchgeführt, um eine optimierte Struktur entwickeln     the Strong Interactions statt, an welcher 100 Teilneh-
zu können. Die Instrumentierung der Vorwärts Region      mer aus 12 Ländern teilnahmen, darunter auch drei
am ILC stellt besondere Herausforderungen an die         Nobelpreisträger. Die Konferenz wurde gemeinsam
Strahlenhärte und Auslesegeschwindigkeit der Detek-      von DESY, LMU München und MPI für Physik Mün-
toren. Im Rahmen der FCAL Kollaboration gehen die        chen organisiert (J. Blümlein, H. Fritzsch, D. Lüst). In
Entwicklungsarbeiten planmäßig voran. Technologien,      ca. 45 Vorträgen wurden zum einen Übersichten über
die im Rahmen des FCAL Projektes entwickelt wurden,      verschiede moderne Entwicklungen auf dem Gebiet
finden inzwischen eine Anwendung für Instrumentie-       der Quanten Chromodynamik gegeben, zum anderen
rung der Strahlüberwachung im CMS Experiment.            wurden insbesondere durch junge Nachwuchswissen-
                                                         schaftler wichtige neue Einzelergebnisse vorgestellt.
                                                         M. Veltman (Ann Arbor) gab einen öffentlichen Abend-
                                                         vortrag über Challenges at Particle Accelerators: Past,
Theorie                                                  Present, and Future.
                                                         Seit dem 1. Oktober 2009 ist Herr Prof. Georg Weiglein
Das Jahr 2009 war aus Sicht der DESY Theoriegruppe
                                                         (ex. IPPP Durham) als Leitender Wissenschaftler in der
durch mehrere große wissenschaftliche Veranstaltun-
                                                         Theoriegruppe beschäftigt. Diese Stelle war seit der
gen geprägt. Im Juli kamen Teilnehmer aus aller Welt
am DESY für eine Konferenz über Particles, Strings       Emeritierung von Herrn Prof. P. Zerwas im Frühjahr
and Cosmology (PASCOS 2009) zusammen. Die hoch-          2007 vakant gewesen. Mit dem Eintreffen von Herrn
karätig besetzte Sprecherliste und sehr anspruchsvolle   Prof. Weiglein kann nun die Arbeitsgruppe Collider
Parallelsitzungen inspirierten mehr als 200 Wissen-      Phenommenology bei DESY Standort Hamburg wieder
                                                         neu aufgebaut werden.
schaftler zu einem angeregten und sehr interdiszipli-
nären Gedankenaustausch. Eingebettet in diesen Rah-    Im Rahmen einer gemeinsamen Berufung von DESY
men hielt der renommierte Kosmologe Prof. J. Silk      und der Universität Hamburg wurde Frau Prof. Gu-
(Oxford) die Heinrich-Hertz-Lecture mit dem Titel      drid Moortgart-Pick als W2-Professorin berufen. Sie
Dark matters.                                          nimmt ebenfalls zum 1. Oktober 2009 ihre Arbeit auf
                                                       dem Gebiet der Phänomenologie an der Schnittstelle
Ebenfalls im Juli fand im Rahmen des HISS-Programms
                                                       zu Collider-Experimenten auf. Diese Professur ist ins-
(Helmholtz Internatioal Summer Schools) der Helmholtz-
                                                       besondere auf die Zukunftsprojekte von DESY in der
Gemeinschaft in JINR/Dubna/Russland die 10-tägige
                                                       Teilchenphysik ausgerichtet.
Schule CALC – 2009 Calculations for Modern and Fu-
ture Colliders statt, die gemeinsam von DESY und dem In der Arbeitsgruppe Stringtheorie wurden im Berichts-
Theorie-Labor des JINR organisiert wird. Insgesamt zeitraum große Fortschritte gemacht bei der Anwen-
gab es über 100 Teilnehmer aus mehreren Ländern.       dung stringtheoretischer Methoden auf die Eichtheorie.
                                                       Insbesondere ist es Mitarbeitern der Gruppe so zum
Der diesjährige Theorieworkshop war der Collider Phe-
                                                       ersten Male gelungen, die annomalen Dimensionen ei-
nomenology gewidmet. Unter der Leitung von W. Hol-
                                                       ner wechselwirkenden 4-dimensionalen Eichtheorie als
lik (MPI München) hatte das Organisationskomitee
                                                       Funktion der Eichkopplung exakt zu berechnen, ein
ein interessantes und thematisch weit gefächertes Pro-
                                                       Ergebnis, das weltweit große Beachtung gefunden hat.
gramm zusammengestellt. In 20 Plenar- und 35 Par-
allelvorträgen kamen zahlreiche aktuelle Themen der Schwerpunkte der Forschung in der Arbeitsgruppe Teil-
Teilchenphänomenologie zur Sprache.                    chenkosmologie waren zum einen die Stabilität von Va-

 18
Forschung Teilchenphysik

                                                                                   tigstellung des Experiments wird daher wie vorgesehen
                                    1
                                                              PAMELA 08            im Jahr 2011 erfolgen können (Abbildung 12).
                                                            HEAT 94/95/00

                                                                                   In der Datenanalyse wurde eine Winkelauflösung von
                                                                                   besser als 1◦ durch den Nachweis des Mondschattens
  Positron fraction e+/(e++ e−)

                                                                                   demonstriert. In der Winkelverteilung der geladenen
                                   0.1
                                                                                   kosmischen Strahlung konnte eine vom Nordhimmel
                                                                                   her bekannte Anisotropie von der Größenordnung ei-
                                                                                   niger zehntel Prozent erstmals auch am Südhimmel
                                                                                   gemessen werden. Diese Beobachtungen werden jetzt
                                                                                   mit Modellvorstellungen zu großräumigen galaktischen
                                  0.01
                                                                                   Magnetfeldern bzw. kosmischen Einzelquellen kon-
                                         1   10             100             1000
                                                  E [GeV]
                                                                                   frontiert. Die Neutrino-Analysen haben zu wesentlich
                                                                                   verbesserten oberen Grenzen für Neutrino-Quellen ge-
                                                                                   führt. Dabei gelang es, die Suche von dem in Neu-
Abbildung 11: Der gemessene Anteil kosmischer Po-                                  trinos für IceCube am besten sichtbaren Nordhimmel
sitronen bei hohen Energien übersteigt die Erwartung                               auch auf den Südhimmel auszudehnen. Die Aktivitä-
aus dem Zerfall primärer kosmischer Strahlung aus der                              ten in Zeuthen sind zunehmend auf die Analysen und
Milchstraße (abfallende gestrichelte Linie). Dieser An-                            „Physikernte“ konzentriert. In diesem Zusammenhang
stieg könnte aus dem Zerfall von Gravitinos mit ei-                                baut DESY seine Rolle als europäisches Daten- und
ner Masse von ∼ 600 GeV und einer Zerfallsdauer von                                Analyse-Zentrum für IceCube aus.
∼ 1. 5× 1026 s stammen (ansteigende gepunktete Linie).
                                                                                   Das MAGIC Experiment hat ein zweites Teleskop
                                                                                   mit 17 m Durchmesser in Betrieb genommen und da-
kua in Theorien mit zusätzlichen Raumdimensionen. Es
                                                                                   mit das physikalische Potential deutlich erhöht. Die
wurde gezeigt, dass die Existenz skalarer Teilchen mit
                                                                                   DESY-Gruppe hat für Multimessenger-Analysen ein
Massen unterhalb der Gravitinomasse eine generische
                                                                                   Programm initiiert, bei dem IceCube Trigger-Signale
Eigenschaft ist. Zum anderen wurden Vorhersagen von
dunkler Materie aus Gravitinos für die hochenergeti-
sche kosmische Strahlung von Positronen, Antiproto-
nen und Photonen untersucht (Abbildung 11).
Die Aktivitäten auf dem Gebiet der Gittereichtheorie
wurden neu strukturiert und die langfristigen Planungen
überarbeitet. Insbesondere sind nun alle „DESY Lat-
tice Physiker“ in einer Gruppe zusammengefasst, die
auch die DESY-Forschergruppe am Neumann-Institut
for Computing (NIC) bildet.

Astroteilchenphysik
Die weitere Komplementierung des IceCube-Experi-                                   Abbildung 12: Ansicht der IceCube Bohrstation mit
ments ist erfolgreich vorangeschritten. In der Saison                              Heizgeräten, Pumpen und der Bohrhütte im Vorder-
08/09 wurden 19 Strings installiert. Damit waren in                                grund. Im Hintergrund ein Radioteleskop und der Süd-
Summe 59 von insgesamt 86 Strings im Eis. Die Fer-                                 pol.

                                                                                                                                   19
Forschung Teilchenphysik

zur Steuerung des MAGIC-Gamma-Teleskops auf La          und Zuverlässigkeit im internationalen Vergleich aus,
Palma verwendet werden. Außerdem ist die Gruppe         dieses wird durch regelmäßige Testprogramme inner-
in die Analyse von Aktiven Galaktischen Kernen in-      halb des weltweiten LHC-Computings extern überprüft.
volviert. Ein Teil der Daten wurde in einer Multi-      Gleichzeitig nimmt DESY mit einem etwa 70% Nut-
Wellenlängen-Kampagne mit Röntgendaten und nie-         zungsanteil seine internationale Verpflichtung wahr.
derenergetischen Gamma-Strahlen verwandt.               Das Tier-2 für CMS wird seit langem in einer Födera-
                                                        tion mit der RWTH Aachen betrieben. Für das ATLAS
Das CTA Experiment (Cerenkov Telescope Array) be-
                                                        Tier-2 Zentrum wurde eine ebensolche Föderation mit
findet sich in der R&D und Prototyp Phase und erhält
                                                        der Universität Göttingen aufgesetzt. Föderation be-
große Unterstützung durch den ASPERA Call in des-
                                                        deutet dabei eine Koordination der (IT-) Services und
sen Fokus die Förderung des CTA Experiments und
                                                        eine Vertretung in LHC-Gremien, die von DESY wahr-
von Dark Matter Searches stehen. Das Konsortium
                                                        genommen werden.
ist auf 105 Instituten aus 22 Ländern angewachsen.
DESY arbeitet an folgenden Aufgaben: Entwicklung        Zusätzlich unterstützt DESY eine Vielzahl von weite-
eines Teleskop-Prototyps mit einem 12 Meter großen      ren Experimenten, im Grid als virtuelle Organisationen
Spiegelträger, Optimierung des CTA-Arrays, Produk-      (VO) zusammengefasst. Hierzu gehören wesentlich die
tion simulierter Daten mit Grid-Software, Vorschlag     HERA-Experimente, ILC und IceCube, aber auch erste
einer digitalen Trigger-Elektronik, Entwicklung der     Communities auf der Forschung mit Photonen.
Hochspannungs-Versorgung für die Photoröhren der
                                                        Der Aufbau der National Analysis Facitilty (NAF) im
Kamera und Design des Array Control Centers. Diese
                                                        Rahmen der HGF-Allianz Physics at the Terascale wie-
Arbeiten werden zum Teil in enger Kollaboration mit
                                                        derum an beiden Standorten konnte auch dank einer
der Universität Erlangen, der HU Berlin, dem MPI Hei-
                                                        großzügigen Anschubfinanzierung durch das BMBF er-
delberg und dem ANL durchgeführt. Eine Nachwuchs-
                                                        folgreich durchgeführt werden. Das System ist seit län-
gruppe der Helmholtz-Gemeinschaft wird ab 2010 ihre
                                                        gerem betriebsbereit und wird intensiv und überwie-
Arbeit aufnehmen. Damit werden die DESY-Beiträge
                                                        gend von externen nationalen Nutzergruppen benutzt.
zur physikalischen Analyse- und Daten-Rekonstruktion
                                                        Es wurde ein Nutzerausschuss eingesetzt, in dem Be-
wesentlich verstärkt.
                                                        trieb und weiterer Ausbau mit den Experimenten abge-
In der Astroteilchentheorie hat Prof. Martin Pohl am    stimmt wird.
01.10.2009 seine Position als Leitender Wissenschaft-   Im Rahmen der nationalen Grid-Initiative D-Grid (www.
ler bei DESY und als Professor an der Potsdamer Uni-
                                                        d-grid.de) konnte wiederum erfolgreich ein Aufsto-
versität angetreten. Seine Gruppe wird eine Klammer
                                                        ckungsantrag in beträchtlichem Umfang für Investitio-
zum AIP Potsdam herstellen.
                                                        nen im Hardwarebereich für das Grid-Computing ge-
                                                        stellt werden. Gleichzeitig gelang es, in der D-Grid In-
                                                        itiative sowie im EU-Projekt EGEE III Folgeanträge er-
DESY Grid Center                                        folgreich zu platzieren.
                                                        Weiterhin hat das dCache Projekt (www.dcache.org)
Das gemeinsame DESY Tier-2 an den beiden Stand-         als eine insbesondere von DESY entwickelte und
orten Hamburg und Zeuthen für die LHC-Experimente       für die LHC-Datenspeicherung weltweit sehr zen-
ATLAS und CMS wurde in 2009 entsprechend der            trale Komponente die umfangreichen Grid-Aktivitäten
Ausbaupläne weiterentwickelt. Neu hinzugekommen         (siehe auch http://grid.desy.de) geprägt. DESY
ist der Aufbau eines Tier-2 Zentrums für das LHCb-      hat hier eine sehr hohe Sichtbarkeit und Verpflichtung,
Experiment, der durch eine Anschubfinanzierung durch    denn etwa 70% der LHC-Daten außerhalb von CERN
das BMBF ermöglicht wurde. Das DESY Tier-2 insge-       werden von dieser verteilt installierten Software ver-
samt zeichnet sich durch eine sehr hohe Verfügbarkeit   waltet.

 20
Forschung Teilchenphysik

Daneben wird intensiv an der Inbetriebnahme der
Computing-Infrastruktur für das offline-Computing an
PETRA III gearbeitet. Gleichzeitig berät die IT-Gruppe
den XFEL in der Erstellung eines Computing Technical
Design Reports (CTDR). Bei DESY werden Vorkeh-
rungen getroffen, um den XFEL mit Standard-DV-
Leistungen zu unterstützen. Diese Dienste können auf
der Basis einer Kosten-Leistungsrechnung gegenüber
der XFEL-GmbH abgerechnet werden, entsprechende
Basis-Vereinbarungen wurden dazu vorbereitet.
Im Rahmen der nationalen Grid-Initiative D-Grid (www.
d-grid.de) konnte wiederum ein Projektantrag erfolg-
reich zum Thema Datenmanagement in Zusammenar-
beit mit anderen Forschungseinrichtungen gestellt wer-
den. An der Fortführung des europäischen Projektes
EGEE in einer neuen europäischen Gesamtstruktur EGI
wird derzeit gearbeitet. Dazu ist DESY Mitglied der
Gauß-Allianz geworden, einem Verein mit den wesent-
lichen nationalen großen Rechenzentren als Mitglieder.
Ziel ist, die nationale Grid-Strategie mit zu gestalten
und die Interessen der deutschen Teilchenphysik zu
vertreten.

Weitere Projekte
ALPS
                                                          Abbildung 13: Ausschlussgrenzen für pseudoskalare
Zur Suche nach bisher unbekannten sehr leichten und       (oben) und skalare (unten) Axion-ähnliche Teilchen von
extrem schwach wechselwirkenden Teilchen mit dem          ALPS und anderen Experimenten.
Experiment ALPS (Any Light Particle Search) wird
ein hochintensiver Laserstrahl durch die Hälfte eines     ses wichtige Ergebnis inzwischen veröffentlicht worden
HERA-Dipolmagneten bis zu einer Wand geführt und          (Abbildung 13).
untersucht, ob in der zweiten Magnethälfte hinter der
                                                          Der Erfolg von ALPS beruht ganz wesentlich auf den
Wand Licht neu entsteht. Im Jahr 2009 konnte das
                                                          Experimentiermöglichkeiten bei DESY sowie der Zu-
Projekt erfolgreich abgeschlossen werden. In einer
                                                          sammenarbeit von Hochenergiephysikern und Experten
Kollaboration aus vier deutschen Instituten wurden
                                                          zum Bau und Betrieb großer Laserinterferometer zum
die weltweit empfindlichsten Messungen in diesem
                                                          Nachweis von Gravitationswellen. Die an ALPS betei-
Forschungsbereich durchgeführt. Dies gelang durch
                                                          ligten Institute haben ihre grundsätzliche Bereitschaft
Steigerung der effektiven kontinuierlichen Laserleis-
                                                          zur Fortführung der Zusammenarbeit erklärt.
tung von 34 W auf bis zu 1300 W und dem Einsatz
einer neuen empfindlicheren CCD-Kamera. Damit hat         In den kommenden zwei Jahren sollen Voruntersuchun-
ALPS die ursprünglichen Projektziele deutlich über-       gen über ein mögliches verbessertes Folgeexperiment
troffen. Neben zahlreichen Konferenzbeiträgen ist die-    durchgeführt werden.

                                                                                                            21
Forschung Teilchenphysik

OLYMPUS
Aus der Hadron- und Kernphysik wurde unter Fe-
derführung des Massachusetts Institute of Techno-
logy (MIT) ein Vorschlag zur genauen Vermessung
der e+ p/e− p Wirkungsquerschnitte bei DORIS als
OLYMPUS-Experiment eingereicht. Für das Verständ-
nis des Aufbaus des Protons ist die Bestimmung der
elektrischen (GE) und magnetischen (GM) Formfak-
toren von besonderem Interesse. Diese Formfaktoren
beschreiben die Verteilung von Ladung und Magne-
tismus im Proton. Die seit über 50 Jahren durchge-
führten elastischen Elektron-Proton-Streuexperimente
besagen, dass das Verhältnis GE/GM als Funktion des
Impulsübertrags konstant ist. Neue Messungen mit Po-
larisation am Jefferson Laboratory zeigen dagegen eine    Abbildung 14: Schematischer Aufbau des OLYMPUS-
signifikante Abweichung: das Verhältnis GE/GM fällt       Detektors: In der Mitte die Target-Kammer und das
als Funktion des Impulsübertrags ab. Es wird vermutet,    Strahlrohr, umgeben vom GEM Spurdetektor (hellblau),
dass dieses durch den Austausch von zwei Photonen         Driftkammern (gelb) und Driftzeit-Detektoren (grau).
bei der Wechselwirkung verursacht wird. Das bishe-        Die Spulen an der Unterseite sind blau dargestellt.
rige Verständnis des Protons basiert dagegen auf dem
Austausch von nur einem Photon bei der elastischen
Streuung.
                                                          ARGUS-Wechselwirkungszone bei DORIS umgebaut
Eine präzise Bestimmung des Zwei-Photonaustausches        werden.
soll nun mit dem OLYMPUS-Experiment bei DORIS
durchgeführt werden. Es handelt sich dabei um die erste   Der Vorschlag für das OLYMPUS-Experiment wurde
Messung dieser Art überhaupt. Der Zwei-Photonaus-         im Herbst 2008 eingereicht (Abbildung 14) und im
tausch lässt sich relativ einfach bestimmen, indem die    September 2009 fand eine umfangreiche technische
Streumessungen sowohl mit Elektronen als auch mit         Begutachtung mit externen Gutachtern statt. Das Pro-
Positronen durchgeführt werden. Bei bisherigen Mes-       jekt wurde daraufhin vom DESY Direktorium geneh-
sungen sind nur Elektronen verwendet worden. DORIS        migt.
zeichnet sich dadurch aus, dass es der weltweit einzige   Der Zeitplan sieht vor, den BLAST-Detektor Anfang
Speicherring ist, der in dem gewünschten Energiebe-       2010 bei MIT zu demontieren, im Mai zu DESY zu
reich ein schnelles Umschalten von Elektron- auf Po-      transportieren und anschließend in der DORIS-Halle,
sitronbetrieb mit hohen Strahlströmen ermöglicht.         unterhalb der Strahlposition, aufzubauen. Die DORIS-
                                                          Wechselwirkungszone soll im Winter 2010/11 umge-
Für das neue Experiment soll der Bates Large Ac-
                                                          baut werden, so dass im Sommer 2011 der Detektor
ceptance Spectrometer Toroid (BLAST) verwendet
                                                          in die Strahlposition gefahren werden kann. Die Da-
werden, mit dem am Bates-Beschleuniger des MIT
                                                          tennahme ist für Januar–Februar 2012 (ein Monat) und
in den USA Messungen durchgeführt wurden. Der
                                                          Oktober–Dezember 2012 (zwei Monate) vorgesehen.
BLAST/OLYMPUS-Detektor soll dafür in den USA
                                                          Dieser Zeitplan ist abgestimmt mit dem Betrieb der
demontiert, zu DESY transportiert und wieder aufge-
                                                          DESY-Synchrotronstrahlungsquellen.
baut werden. Der Detektor ist im Vergleich zu den
HERA-Experimenten relativ klein und einfach struktu-      Die OLYMPUS-Kollaboration besteht zurzeit aus 57
riert. Für den Aufbau am DESY muss dazu die frühere       Physikern und Ingenieuren aus 16 Instituten aus den

 22
Forschung Teilchenphysik

USA, Deutschland, Italien, Russland, Schottland und        von Projektwochen und Praktika besucht. Dabei wur-
Armenien. Das Experiment bietet eine einzigartige          den auch langfristigere Arbeiten betreut: vier Schüler
Möglichkeit, eine für das Verständnis des Protons wich-    aus Cottbus arbeiten für zwei Jahre im Projekt mit, zwei
tige Messung mit relativ geringem Aufwand durchzu-         Schüler machen ihre 5. Prüfungskomponente für das
führen. Sowohl der Beschleuniger als auch der Detektor     Abitur in dem Projekt
existieren bereits. Der Aufwand für die Modifikation
von DORIS ist relativ gering.
                                                           Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Schülerlabor                                               Das Jahr 2009 stand für DESY ganz im Zeichen des
                                                           50-jährigen Bestehens des Forschungszentrums. Viele
Das DESY-Schülerlabor physik.begreifen am Stand-           Veranstaltungen und Attraktionen begleiteten das Jubi-
ort Hamburg bietet Schulklassen von der 4. bis zur         läumsjahr.
13. Klasse eintägige Praktika zu unterschiedlichen The-
menbereichen der Physik an. Die Praktika sind so ge-       Es begann am 2. März 2009 mit einer großen Auftakt-
staltet, dass die Kinder und Jugendlichen in kleinen       veranstaltung, die zugleich die feierliche Amtübergabe
Forscherteams möglichst eigenständig experimentie-         des Vorsitzes des DESY-Direktoriums von Albrecht
ren und durch eigenes Überlegen oder mit Hilfe von         Wagner an Helmut Dosch darstellte. Regelmäßige öf-
Informationsmappen die beobachteten physikalischen         fentliche Abendveranstaltungen mit Vorträgen und Vor-
Phänomene erklären können. Die Schülerinnen und            führungen begleiten durch das Jubiläumsjahr. Im März
Schüler werden bei ihrer Arbeit von fachlich und päd-      lud DESY zum Science Photo Walk, bei dem rund 100
agogisch qualifizierten Studenten unterstützt. Das Ziel    Fotografen Gelegenheit hatten, bei DESY „Forschung
dieser Veranstaltungen ist es, das Interesse der Jugend-   live“ zu portraitieren. Die besten Bilder wurden prä-
lichen an Naturwissenschaften, insbesondere an Physik,     miert und in einer Ausstellung im Hamburger Levan-
zu wecken und zu fördern. Über die positiven Erfah-        tehaus in der Mönckebergstraße präsentiert. Auch auf
rungen im Schülerlabor lassen sich die Schülerinnen        dem 820. Hamburger Hafengeburtstag mit Partnerland
und Schüler schnell für Physik begeistern und sind         Schweiz präsentierte DESY publikumswirksam eine
sehr viel aufgeschlossener gegenüber dieser „harten        Ausstellung zur Weltmaschine LHC am CERN in Genf
Wissenschaft“.                                             sowie Vorträge zum Thema Urknall. Eine große Veran-
                                                           staltung mit Bundesforschungsministerin Schavan gab
Die Nachfrage für Veranstaltungen bei physik.be-           es am 21. Juli 2009 anlässlich der Grundsteinlegung
greifen ist sehr groß. Binnen weniger Stunden sind         für die Beschleunigermodul-Testhalle AMTF für den
meist alle angebotenen Termine für Schulklassen und        Röntgenlaser European XFEL.
auch die Ferienaktionen ausgebucht. Der Schülerla-
borpavillon wird in den kommenden Monaten aufge-           Am 7. November 2009 folgte ein breit gefächertes
stockt. Die Baumaßnahmen werden mit Geldern aus            Programm zur Nacht des Wissens in Hamburg, an der
dem Konjunkturpaket II finanziert, die uns über die        sich DESY beteiligt, und zusätzlich einen Tag der of-
Wissenschaftsbehörde in Hamburg zur Verfügung ge-          fenen Tür mit verlängerten Öffnungszeiten anbietet.
stellt wurden.                                             Am 16. November folgte als weiterer Höhepunkt die
                                                           Inauguration der neuen Lichtquelle PETRA III.
Das Experimentierangebot im Vakuumlabor in Zeuthen
wurde in 2009 von ca. 2500 Schülerinnen und Schü-          Am 13. Juni 2009 beteiligte sich DESY wieder gemein-
lern aus 112 Klassen genutzt. Auch das Cosmic-Lab          sam mit der Humboldt-Universität an der Langen Nacht
wurde von zahlreichen Jugendlichen zur Durchführung        der Wissenschaften in Berlin.

                                                                                                              23
Forschung mit Photonen

        Abbildung 15: Ada Yonath erhielt den Nobelpreis für Chemie 2009 (Fotos: Arbeitsgruppe
        Ribosomenstruktur der Max-Planck-Gesellschaft).

24
Sie können auch lesen