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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
Vorwort
Abbildung 1: Festrede des DESY-Direktors, Helmut Dosch, im Hamburger Rathaus zum
Anlass des 50-jährigen Gründungstages des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY.
6
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
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
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.
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Forschung Teilchenphysik
Abbildung 2: Die größte internationale Konferenz der Teilchenphysik, das Lepton Photon
Symposium, fand 2009 in Hamburg statt.
10
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-
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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
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
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.
14Forschung 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
15Forschung 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.
16Forschung 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.
17Forschung 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-
18Forschung 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.
19Forschung 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.
20Forschung 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.
21Forschung 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
22Forschung 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.
23Forschung mit Photonen
Abbildung 15: Ada Yonath erhielt den Nobelpreis für Chemie 2009 (Fotos: Arbeitsgruppe
Ribosomenstruktur der Max-Planck-Gesellschaft).
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