WWU-Physiker mit Kollegen am DESY: Björn Siemer, Dr. Rolf Mitzner (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie), Sebastian Roling, Dr. Kai Tiedtke (DESY) und Nadine Heming (von links nach rechts) Foto: WWU
Münster (upm), 01. September 2010
Eine doppelt gute Nachricht hat die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Helmut Zacharias vom Physikalischen Institut der Universität Münster erhalten: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert gleich zwei Projekte der Wissenschaftler mit insgesamt 1,5 Millionen Euro. Beide Forschungsvorhaben haben einen gemeinsamen Nenner: den sogenannten Freie-Elektronen-Laser.
Freie-Elektronen-Laser sind neuartige Lasertypen. Sie ermöglichen die Erzeugung von Laserstrahlung aus einer erzwungenen wellenförmigen Bewegung von Elektronen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. "Besonders interessant ist dabei der spektrale Bereich der sogenannten weichen und harten Röntgenstrahlung, in dem bisher keine anderen Laser existieren", erklärt Helmut Zacharias. Die gewünschten Wellenlängen können frei wählbar eingestellt werden. Die Röntgenblitze sind extrem kurz - sie dauern nur einige billiardstel Sekunden.
Die Münsteraner nutzen für ihre Forschung den Freie-Elektronen-Laser in Hamburg (FLASH). Dieser Laser gehört zum Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY), einem der weltweit führenden Teilchenbeschleunigerzentren zur Erforschung der Materie. Mit Hilfe von FLASH wollen die Forscher fotochemische Reaktionen in sogenannten dotierten Eisschichten auslösen und studieren. Dabei stellen sie im Labor Situationen nach, wie sie auf den Staubpartikeln auftreten, die in Molekülwolken zwischen den Sternen im Weltall vorkommen. "Man nimmt inzwischen allgemein an, dass die Molekülbildung im Weltall nahezu ausschließlich auf solchen Staubpartikeln vonstattengeht. Die dabei wirkenden Mechanismen sind allerdings noch unbekannt", erklärt Helmut Zacharias. Die Arbeiten der Forscher werden auch zu dem europäischen Programm "Laboratory Astrochemical Surface Science in Europe" (LASSIE) beitragen, das sich der Erforschung dieser Mechanismen widmet.
Das zweite vom BMBF geförderte Projekt basiert auf einer Arbeit, welche die Münsteraner in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) soeben erfolgreich beendet haben: Um die mögliche hohe Zeitauflösung der Freie-Elektronen-Laser nutzen zu können, ist es nötig, zwei genau korrelierte und zeitlich einstellbare Pulse zu erzeugen. Daher hat die Arbeitsgruppe von Helmut Zacharias einen sogenannten Strahlteiler mit zeitlich verzögertem zweitem Puls entwickelt und gebaut, der genau dies ermöglicht. Er wurde nun in die Anlage von FLASH eingebaut und steht somit allen Wissenschaftlern, die dort experimentieren, zur Verfügung.
Die Forscher entwickeln nun ein entsprechendes Gerät für den neuen Freie-Elektronen-Laser "European XFEL", der derzeit in Hamburg gebaut wird und der ganz neue Forschungsmöglichkeiten eröffnen soll. Für diese Anlage wird ausgehend vom DESY-Gelände ein drei Kilometer langer Tunnel gebohrt, in dem der Freie-Elektronen-Laser untergebracht wird. Der neue Laser wird ab dem Jahr 2014 einzigartige, ultraschnelle Röntgenblitze erzeugen, die winzigste Strukturen sichtbar machen können. "Die Wellenlänge dieser Blitze ist kleiner als die atomaren Abstände in Molekülen. Wissenschaftler weltweit wollen mit diesen Röntgenblitzen die Struktur von Biomolekülen und von Nanoteilchen aufklären und zum Beispiel die Bildung von Molekülen verfolgen", so Helmut Zacharias. Bei der Entwicklung und beim Bau des dafür nötigen Strahlteilers ist nun die münstersche Expertise gefragt.
Freie-Elektronen-Laser FLASH Forschungsmöglichkeiten am "European XFEL" AG Zacharias