Besuch beim DESY Zeuthen

 

Am 09.12.2015 haben wir im Rahmen des Physikunterrichts das Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY) in Zeuthen besucht. Zuerst erhielten wir Einblick in das Experiment „Ice Cube“, ein ein Kubikkilometer großer Teilchendetektor für Neutrinos im antarktischen Gletscher am Südpol. Ice Cube ist ein Gemeinschaftsprojekt von 47 Instituten aus 12 Ländern, u.a. der Humboldt-Universität zu Berlin sowie dem DESY Zeuthen. Ice Cube ist ein gigantischer Detektor in Form eines Würfels mit einer Kantenlänge von 1 km, beginnend ca. 1,5 km unter der Gletscheroberfläche bis in rund 2,5 km Tiefe, der u.a. aus über 5.000 Lichtdetektoren besteht, die Lichtblitze (Cherenkov-Licht) detektieren, die auftreten, wenn es zu einer der wenigen Wechselwirkungen von Neutrinos mit Materie kommt. Neutrinos sind elektrisch neutrale, fast masselose Teilchen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Mit Hilfe des Ice Cube konnten u.a. Neutrinos mit extrem hohen Energien von über 1 PeV nachgewiesen werden. Da Neutrinos im Vergleich zu anderen Teilchen im Weltall praktisch nicht abgelenkt werden, kann durch Analyse hochenergetischer Neutrinos deren Herkunft bestimmt werden. Wegen ihrer hohen Energie müssen sie eine starke Beschleunigung erfahren haben, wie etwa durch kollabierte System, wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne.

ICECUBE

https://astro.desy.de/neutrino_astronomie/icecube/index_ger.html

Anschließend konnten wir den in Wartung befindlichen PITZ (Photo Injector Teststand Zeuthen)-Tunnel begehen. Der PITZ ist ein Forschungsinstrument, mit dem Elektronen beschleunigt werden und die Qualität des resultierenden Elektronenstrahls wird. Hier werden Elektronenstrahlen mit einer Güte entwickelt, die z.B. den Anforderungen des European XFEL (X-Ray Free Electron Laser) entsprechen. Der European XFEL ist ein europäisches Projekt, das am DESY Hamburg verwirklicht werden soll.

PITZ soll als Elektronenquelle für andere Experimente wie die Beschleuniger vom DESY in Hamburg dienen. Dafür müssen die Elektronenpakete, die entstehen, möglichst kurz und schnell sein und die Elektronen müssen so nah wie möglich aneinander sein.

               DESY1                Desy2

Der Ausgangspunkt ist ein einen Meter langer Hohlkörper aus Kupfer, von dem eine ca. 14 m lange evakuierte Röhre ab geht. Außerdem enthält er eine Kathode, auf die ein starker Lichtblitz geschossen wird. Dieser löst aufgrund des photoelektrischen Effekts Elektronen aus der Kathode. Die Elektronen werden durch zwei sehr große Elektromagneten beschleunigt. Dabei wird die Lorenzkraft genutzt. Elektronen sind negativ geladen und stoßen sich gegenseitig ab. Aus diesem Grund müssen die Elektronenpakete gebündelt werden. Dazu werden Di- und Quadropolmagnete eingesetzt. Dieser Prozess der Bündelung wiederholt sich mehrmals in der 14 Meter langen Röhre. Außerdem fliegen einige Elektronen schneller als andere wodurch das Paket unerwünschter Weise in die Länge gezogen wird. Um die Pakete wieder zu kürzen wird eine Art „Schikane“ eingesetzt. Schnelle Elektronen benötigen mehr Zeit, diese zu passieren, als langsamere, wodurch die Elektronen wieder näher zusammen rücken und die Pakete kürzer werden. Am PITZ sind auch sind auch viele Messeinheiten angebracht, um die Elektronenpakete nach Länge, Breite, Dichte und Energie vermessen zu können, so dass das Gerät optimiert werden kann um die bestmögliche Qualität für andere Beschleuniger zu liefern.

Des Weiteren durften wir Schüler des GVE in ein technisches Labor „reinschnuppern“, in welchem uns einige Verfahren der Mess- und Detektortechnik sowie die Entwicklung dieser näher gebracht wurden.

Daraufhin wurden wir in die Galerie geführt wo uns die Technik anderer Beschleuniger z.B. aus Hamburg und dem LHC im CERN näher gebracht wurde. Neben den technischen Aspekten ging es auch um Detektortechnik in den Versuchen und um die Datenverarbeitung der Ergebnisse. Insgesamt war dieser Tag, für die Physikinteressierten aus unserer 12. Jahrgangsstufe, ein sehr interessanter und lehrreicher Tag.

Friedrich Merz, 12b