DESY

редактировать

DESY. Deutsches Elektronen-Synchrotron
. логотип
CFEL-DESY Hamburg.jpg внутри Центра лазерных исследований на свободных электронах (CFEL) в Гамбург
Девиз «Расшифровка материи»
Дата основания18 декабря 1959 (1959-12-18)
Тип исследованияфундаментальное исследование
Бюджет 230 миллионов. Гамбург: 211 миллионов евро. Цойтен: 19 миллионов евро
Область исследований
Директор Проф. Доктор (CBD)
Факультет 650 (плюс 3000 приглашенных ученых в год)
Персонал 2300
Студенты 700
АдресNotkestraße 85,. 22607 Гамбург, Германия
Местоположение53 ° 34′33 ″ N 9 ° 52′46 ″ E / 53,57583 ° N 9,87944 ° E / 53,57583; 9,87944 Координаты : 53 ° 34'33 ″ N 9 ° 52'46 ″ E / 53,57583 ° N 9,87944 ° E / 53,57583; 9.87944
Кампус Бахренфельд, Гамбург
Общественный транспортS 1 S 11 Othmarschen
Филиалы Ассоциация Гельмгольца. Гамбургский университет
Веб-сайтdesy.de
Карта
DESY находится в Германии DESY Местоположение в Германии

Deutsches Elektronen-Synchrotron (англо-немецкий электронный синхротрон), который обычно называют сокращенно DESY, национальный исследовательский центр в Германии, который эксплуатирует ускорители элементарных частиц, используемые для исследования структуры материи. Он проводит широкий спектр междисциплинарных научных исследований в трех основных областях: элементарная и физика высоких энергий ; фотон наука; и разработка, строительство и эксплуатация ускорителей частиц. Название отсылает к его первому проекту - электрону синхротрону. DESY публично финансируется Федеративной Республикой Германия, Штатами Германии и Немецким исследовательским фондом (DFG). DESY является членом Ассоциации Гельмгольца и работает на объектах в Гамбурге и Цойтене.

Содержание

  • 1 Функции
  • 2 Сайты
    • 2.1 Гамбург
    • 2.2 Цойтен
  • 3 Сотрудники и обучение
  • 4 Бюджет и финансирование
  • 5 Международное сотрудничество
    • 5.1 Международный проект HERA
  • 6 Ускорители частиц, установки и эксперименты
    • 6.1 DESY
    • 6.2 DORIS III
      • 6.2.1 OLYMPUS
    • 6.3 PETRA II
    • 6.4 PETRA III
    • 6.5 HASYLAB
    • 6.6 HERA
      • 6.6.1 H1
      • 6.6.2 ZEUS
      • 6.6.3 HERA-B
      • 6.6.4 HERMES
    • 6.7 FLASH
    • 6.8 European XFEL
    • 6.9 Дополнительные ускорители
  • 7 Планы на будущее
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Функции

Функция DESY заключается в проведении фундаментальных исследований. Он специализируется на разработке, строительстве и эксплуатации ускорителей элементарных частиц, физике элементарных частиц исследованиях с целью изучения фундаментальных характеристик материи и сил, включая физику астрономических частиц и науку о фотонах, исследования в области физики поверхности, материаловедения, химии, молекулярной биологии, геофизики и медицины с использованием синхротронное излучение и лазеры на свободных электронах.

Помимо эксплуатации собственных крупных ускорительных установок, DESY также предоставляет консультационные услуги исследовательским организациям, институтам и университетам. Он принимает активное участие в крупных международных проектах, таких как европейский рентгеновский лазер на свободных электронах, Большой адронный коллайдер в Женеве, нейтринная обсерватория IceCube в Южный полюс и Международный линейный коллайдер.

Сайты

DESY работает в двух местах. Основное местоположение - пригород Гамбурга. В 1992 году компания DESY расширилась до второго участка в Цойтене около Берлина.

главного входа в кампус DESY в Гамбурге.

Гамбург

Сайт DESY в Гамбурге расположен в пригороде Бахренфельд, к западу от города. Большая часть исследований DESY в области физики высоких энергий с элементарными частицами проводится здесь с 1960 года. Площадка ограничена кольцом бывшего ускорителя частиц PETRA (с 2007 года PETRA III, синхротронный источник) и частью большего кольца HERA (Hadron Elektron Ring Anlage ). Помимо этих ускорителей, существует также лазер на свободных электронах FLASH и его детище XFEL, которое было введено в эксплуатацию в 2017 году. Этот проект призван обеспечить в будущем место DESY среди ведущих исследовательских центров мира.

Zeuthen

После воссоединения Германии DESY расширился до второго места: Институт физики высоких энергий (немецкий : Institut für Hochenergiephysik IfH) в Цойтене, к юго-востоку от Берлина, находилась лаборатория физики высоких энергий Германской Демократической Республики и принадлежала Академии наук ГДР. Институт был объединен с DESY 1 января 1992 года.

Сотрудники и обучение

В DESY работает около 2000 человек, из которых 650 - ученые, работающие в области эксплуатации ускорителей, исследований и разработок. Персонал распределяется на двух объектах следующим образом:

  • Гамбург: 1800 сотрудников, из которых 600 - ученые
  • Цойтен: 200 сотрудников, из которых 50 - ученые

DESY также обучает более 100 учеников коммерческие и технические специальности, а также более 700 студентов, выпускников и докторантов. DESY также ежегодно принимает 3000 ученых из более чем 40 стран.

Бюджет и финансирование

Годовой бюджет исследовательского центра составляет около 192 миллионов евро. Из этой суммы примерно 173 миллиона евро предусмотрено для Гамбургского предприятия и 19 миллионов евро для Цойтен. Основным источником финансирования является Федеральное министерство образования и исследований (немецкий : Bundesministerium für Bildung und Forschung) с 10% -ной поддержкой, поступающей из немецких земель Гамбург и Бранденбург. Отдельные эксперименты и проекты на ускорителях финансируются участвующими немецкими и зарубежными институтами, которые, в свою очередь, часто финансируются государством. Специальные проекты финансируются Немецким исследовательским фондом.

Международное сотрудничество

Сегмент ускорителя элементарных частиц в DESY

В 2012 году 2500 внешних ученых использовали оборудование DESY для исследований с фотонами на PETRA III и FLASH..

Международный проект HERA

Строительство ускорителя HERA было одним из первых проектов такого масштаба, действительно финансируемых международными организациями. Раньше строительство научных объектов всегда финансировалось той страной, в которой они расположены. Только расходы на эксперименты несли проводящие национальные или зарубежные институты. Но из-за огромных масштабов проекта HERA многие международные объекты уже согласились помочь со строительством. Всего более 45 институтов и 320 корпораций приняли участие в строительстве объекта с пожертвованиями денег или материалов, более 20% затрат было понесено зарубежными организациями.

По примеру HERA многие крупные научные проекты финансируются совместно несколькими государствами. К настоящему времени эта модель сформировалась, и при строительстве этих объектов широко распространено международное сотрудничество.

Ускорители элементарных частиц, установки и эксперименты

Немецкая почтовая марка 1984 г. - 25 лет со дня основания DESY

Ускорители DESY не были построены сразу, а были добавлены один за другим для удовлетворения растущего спроса ученых для все более высоких энергий, чтобы лучше понять структуру частиц. В ходе строительства новых ускорителей старые были преобразованы в предускорители или в источники синхротронного излучения для лабораторий с новыми исследовательскими задачами (например, для HASYLAB).

В настоящее время, после остановки ускорителя HERA в 2007 году, наиболее важными объектами DESY являются источники синхротронного излучения, PETRA III, синхротронные исследования. лаборатория HASYLAB, лазер FLASH на свободных электронах (ранее назывался VUV-FEL), испытательная установка для европейского XFEL и самого европейского XFEL. Развитие различных объектов будет описано в хронологическом порядке в следующем разделе.

DESY

Строительство первого ускорителя элементарных частиц DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron, «Немецкий электронный синхротрон») началось в 1960 году. В то время это была самая большая установка такого рода и могла для ускорения электронов до 7,4 ГэВ. 1 января 1964 года первые электроны были ускорены в синхротроне, положив начало исследованиям квантовой электродинамики и поискам новых элементарных частиц.

Международное внимание впервые было сосредоточено на DESY в 1966 году из-за его вклада в подтверждение квантовой электродинамики, достигнутого с помощью результатов, полученных на ускорителе. В следующее десятилетие DESY зарекомендовала себя как центр передового опыта в разработке и эксплуатации ускорителей высоких энергий.

Синхротронное излучение, которое проявляется как побочный эффект, было впервые использовано в 1967 году для измерения поглощения. Для возникающего спектра заранее не существовало традиционных источников излучения. Европейская лаборатория молекулярной биологии (EMBL) использовала возможности, возникшие с новой технологией, и в 1972 году создала постоянное отделение DESY с целью анализа структуры биологических молекул с помощью синхротронного излучения.

Электронный синхротрон DESY II и протонный синхротрон DESY III были введены в эксплуатацию в 1987 и 1988 годах соответственно в качестве предускорителей для HERA.

DORIS III

DORIS (Doppel-Ring-Speicher, «двойное кольцевое хранилище»), построенный между 1969 и 1974 годами, был вторым кольцевым ускорителем DESY и его первым кольцом-накопителем с окружностью почти 300 м. Созданное как электрон-позитронное накопительное кольцо, можно было проводить эксперименты со столкновениями с электронами и их античастицами при энергиях 3,5 ГэВ на пучок. В 1978 году энергия пучков была увеличена до 5 ГэВ каждый.

Доказав наличие «возбужденных состояний чармония», DORIS внес важный вклад в процесс доказательства существования тяжелых кварков. В том же году в DESY были проведены первые испытания рентгеновской литографии - процедуры, которая позже была усовершенствована до глубинной рентгеновской литографии.

В 1987 г. детектор ARGUS накопительного кольца DORIS был первым местом, где было обнаружено превращение B-мезона в его античастицу, анти-B-мезон. Из этого можно было сделать вывод, что второй по тяжести кварк - нижний кварк - мог при определенных обстоятельствах превратиться в другой кварк. Из этого также можно было сделать вывод, что неизвестный шестой кварк - топ-кварк - должен обладать огромной массой. В конце концов, топ-кварк был обнаружен в 1995 году в Фермилабе в США.

После ввода в эксплуатацию HASYLAB в 1980 году синхротронное излучение, которое генерировалось в DORIS как побочный продукт, использовалось для исследований. Если вначале DORIS использовался только времени в качестве источника излучения, то с 1993 года накопительное кольцо использовалось исключительно для этой цели под названием DORIS III. Для достижения более интенсивного и контролируемого излучения в DORIS в 1984 году были добавлены вигглеры и ондуляторы. Теперь с помощью специального набора магнитов ускоренные позитроны можно было вывести на трассу слалома. За счет этого интенсивность испускаемого синхротронного излучения была увеличена в сотни раз по сравнению с обычными накопительными кольцевыми системами.

DORIS III предоставил 33 фотонных пучка, по которым работает 44 инструмента. Общее время пучка в год составляет от 8 до 10 месяцев. В конце 2012 года он был окончательно закрыт в пользу его преемника PETRA III.

OLYMPUS

Бывший участок ARGUS в DORIS стал местом расположения OLYMPUS Эксперимент, установка которого началась в 2010 году. OLYMPUS использовал тороидальный магнит и пару дрейфовых камер из эксперимента MIT-Bates BLAST, а также отремонтированные времяпролетные детекторы и многочисленные системы контроля светимости. OLYMPUS измерил соотношение сечения позитрон-протон и электрон-протон, чтобы точно определить размер двухфотонного обмена в упругом эп-рассеянии. Двухфотонный обмен может устранить несоответствие форм-фактора протона между недавними измерениями, выполненными с использованием методов поляризации, и измерениями с использованием метода разделения Розенблюта. OLYMPUS собрал данные в 2012 и 2013 годах, и первые результаты были опубликованы в 2017 году.

PETRA II

PETRA (Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage, "позитрон-электронная тандемная установка" ") был построен между 1975 и 1978 годами. На момент постройки он был самым большим накопительным кольцом такого типа и до сих пор является вторым по величине синхротроном DESY после HERA. ПЕТРА изначально служила для исследования элементарных частиц. Открытие глюона, частицы-носителя сильного ядерного взаимодействия, в 1979 году считается одним из самых больших успехов. PETRA может ускорять электроны и позитроны до 19 ГэВ.

Исследования, проведенные в PETRA, привели к более активному международному использованию оборудования DESY. Ученые из Китая, Франции, Израиля, Нидерландов, Норвегии, Великобритании и США участвовали в первых экспериментах в PETRA вместе со многими немецкими коллегами.

В 1990 году установка была введена в эксплуатацию под названием PETRA II как предварительный ускоритель протонов и электронов / позитронов для нового ускорителя частиц HERA. В марте 1995 года PETRA II была оснащена ондуляторами для создания большего количества синхротронного излучения с более высокими энергиями, особенно в рентгеновской части спектра. С тех пор PETRA служит HASYLAB в качестве источника высокоэнергетического синхротронного излучения и для этого располагает тремя тестовыми экспериментальными площадками. В настоящее время позитроны ускоряются до 12 ГэВ.

Холл PETRA III Max von Laue в кампусе DESY в Гамбурге.

PETRA III

PETRA III - третье воплощение накопительного кольца PETRA, работающего с обычной пользовательской программой как наиболее блестящего накопительного кольца на основе X -источник излучения во всем мире с августа 2010 года. Ускоритель вырабатывает частицы с энергией 6 ГэВ. В настоящее время существует три экспериментальных зала (названных в честь различных известных ученых), в которых одновременно проводится до 30 экспериментов. Самый большой из них, получивший название Max von Laue Hall, имеет бетонный пол длиной более 300 м, который был залит как единая деталь, чтобы ограничить вибрации.

Вид изнутри PETRA III Max von Laue Hall в кампусе DESY в Гамбурге.

HASYLAB

Детектор ARGUS в DESY

HASYLAB (Hamburger Synchrotronstrahlungslab или «Гамбургская лаборатория синхротронного излучения») используется для исследований синхротронного излучения в DESY. Он был открыт в 1980 году с 15 опытными участками (сегодня их 42). Лаборатория примыкает к накопителю ДОРИС, чтобы иметь возможность использовать генерируемое синхротронное излучение для своих исследований. Если вначале DORIS служил источником излучения для HASYLAB только треть времени, с 1993 года все время его работы доступно для экспериментов с синхротронным излучением. Помимо 42 экспериментальных площадок, которые предоставляет DORIS, есть еще три тестовых экспериментальных зоны, доступных для экспериментов с высокоэнергетическим излучением, генерируемым накопительным кольцом PETRA.

После модернизации DORIS с помощью первых вигглеров, которые производили гораздо более интенсивное излучение, первый мессбауэровский спектр, полученный с помощью синхротронного излучения, был зарегистрирован в HASYLAB в 1984 году.

В 1985 году разработка более совершенных рентгеновских технологий позволила выявить структуру вируса гриппа. В следующем году исследователи HASYLAB первыми успешно предприняли попытку возбудить сингулярные колебания сетки в твердых телах. Таким образом, стало возможным проводить анализ упругих материалов, который до этого был возможен только с ядерными реакторами путем рассеяния нейтронов.

В 1987 году рабочая группа по структурной молекулярной биологии Общества Макса Планка основала постоянное отделение в HASYLAB. Он использует синхротронное излучение для изучения структуры рибосом.

В настоящее время в HASYLAB проводят свои эксперименты многие национальные и зарубежные группы исследователей: Всего в работе принимают участие 1900 ученых. В целом спектр исследований простирается от фундаментальных исследований до экспериментов в области физики, материаловедения, химии, молекулярной биологии, геологии и медицины до промышленного сотрудничества.

Одним из примеров является компания OSRAM, которая с недавнего времени использует HASYLAB для изучения нити своих лампочек. Полученные знания помогли значительно увеличить срок службы ламп в определенных областях применения.

Кроме того, исследователи HASYLAB проанализировали, среди прочего, мельчайшие примеси в кремнии для компьютерных чипов, работу катализаторов, микроскопические свойства материалов и структуру белковых молекул.

HERA

HERA (Hadron-Elektron-Ring-Anlage, «Установка кольца для адронных электронов») была крупнейшим синхротроном и накопительным кольцом DESY с окружностью 6336 метров. Строительство подземного сооружения началось в 1984 году и было международной задачей: помимо Германии в разработке HERA участвовали еще 11 стран. Ускоритель начал работу 8 ноября 1990 года, а первые два эксперимента начали собирать данные в 1992 году. HERA в основном использовалась для изучения структуры протонов и свойств кварков. Он был закрыт 30 июня 2007 года.

HERA был единственным ускорителем в мире, который мог сталкивать протоны либо с электронами, либо с позитронами. Чтобы сделать это возможным, HERA использовала в основном сверхпроводящие магниты, что также было первым в мире. В HERA удалось изучить структуру протонов до 30 раз точнее, чем раньше. Разрешение охватывало структуры размером 1/1000 протона. В последующие годы было сделано много открытий, касающихся состава протонов из кварков и глюонов.

Туннели HERA проходят от 10 до 25 метров ниже уровня земли и имеют внутренний диаметр 5,2 метра. При строительстве использовалась та же технология, что и при строительстве тоннелей метро. Внутри трубы работают два кольцевых ускорителя частиц. Один ускорял электроны до энергии 27,5 ГэВ, другой - протоны до энергии 920 ГэВ в обратном направлении. Оба луча завершили свой круг почти со скоростью света, сделав примерно 47 000 оборотов в секунду.

В двух местах кольца электрон и пучок протонов могли столкнуться. При этом электроны или позитроны рассеиваются на составляющих протонов, кварках. Продукты этих столкновений частиц, рассеянный лептон и кварки, образовавшиеся в результате фрагментации протона, регистрировались огромными детекторами. Помимо двух зон столкновения есть еще две зоны взаимодействия. Все четыре зоны размещены в больших подземных залах. В каждом зале работали разные группы исследователей из разных стран. Эти группы за долгие годы совместной работы разработали, сконструировали и запустили комплексные измерительные устройства на уровне дома и оценивают огромные объемы данных.

Эксперименты в четырех залах будут представлены в следующем разделе:

H1

H1 - универсальный детектор столкновения электронов и протонов, расположенный в DESY. HERA-Hall North. Он был активен с 1992 года, имел размеры 12 м × 10 м × 15 м и весил 2800 тонн.

Он был разработан для расшифровки внутренней структуры протона, исследования сильного взаимодействия, а также поиска новых видов материи и неожиданных явлений в физике элементарных частиц.

ZEUS

ZEUS похож на H1, детектор электрон-протонных столкновений и находился в HERA-Hall South. Построенный в 1992 году, он имел размеры 12 м × 11 м × 20 м и весил 3600 тонн.

Его задачи напоминают задачи H1.

HERA-B

HERA-B был экспериментом в HERA-Hall West, в котором собирались данные с 1999 по февраль 2003 года. Используя протонный пучок HERA, исследователи из HERA-B провели эксперименты с тяжелыми кварки. Он имел размеры 8 м × 20 м × 9 м и весил 1 000 тонн.

HERMES

Эксперимент HERMES в HERA-Hall East был запущен в 1995 году. Продольно поляризованный электронный пучок HERA был использован для исследования спиновой структуры нуклонов. Для этого электроны рассеивались с энергиями 27,5 ГэВ на внутренней газовой мишени. Эта мишень и сам детектор были разработаны специально для спин-поляризованной физики. Он имел размеры 3,5 м × 8 м × 5 м и весил 400 тонн.

Экспериментальный зал FLASH II в кампусе DESY в Гамбурге.

FLASH

FLASH (Лазер на свободных электронах в Гамбурге) - сверхпроводящий линейный ускоритель с лазером на свободных электронах для излучение в вакуумно-ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазоне спектра. Он возник на базе TTF (испытательного центра TESLA), который был построен в 1997 году для тестирования технологии, которая должна была использоваться в запланированном линейном коллайдере TESLA, проекте, который был заменен ILC (International Linear Collider ). Для этого TTF был увеличен со 100 м до 260 м.

Технология FLASH для европейского XFEL протестирована так же, как и для ILC. С момента ввода установки в эксплуатацию в 2004 году использовались пять испытательных экспериментальных площадок.

Центр лазерных исследований на свободных электронах, CFEL, в кампусе DESY в Гамбурге.

Европейский XFEL

Европейский x лазер на свободных электронах (European XFEL) - самый большой и самый яркий рентгеновский лазер в мире. Это европейский проект в сотрудничестве с DESY. Первые рентгеновские лучи были получены в мае 2017 года, пользовательская эксплуатация началась в сентябре 2017 года. В туннеле длиной 3,4 км находится сверхпроводящий линейный ускоритель длиной 2,1 км, в котором электроны ускоряются до энергии до 17,5 ГэВ. Он производит чрезвычайно короткие и мощные рентгеновские вспышки, которые находят множество применений в химии, биологии и материаловедении.

Другие ускорители

В дополнение к большим, есть также несколько более мелких ускорителей частиц, которые служат в основном в качестве предварительных ускорителей для PETRA и HERA. Среди них линейные ускорители LINAC I (работающие с 1964 по 1991 год для электронов), LINAC II (работающие с 1969 года для позитронов) и LINAC III (работающие с 1988 года как предварительный ускоритель протонов для HERA).

Планы на будущее

DESY участвует в проекте International Linear Collider (ILC). Этот проект представляет собой линейный ускоритель протяженностью 30 километров. Международный консорциум решил построить его с использованием технологии, первоначально разработанной для проекта TESLA. В 2013 году горы Китаками на юге Иватэ были выбраны в качестве места-кандидата, и в настоящее время ведутся переговоры о разделении затрат и другие вопросы, связанные с логистикой.

Ссылки

  • icon Физический портал
  • flag Гамбургский портал

Внешние ссылки

На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с DESY.
Последняя правка сделана 2021-05-16 08:54:16
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте