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Schummelt Natur im kosmischen Teilchen-Haushalt?

Techniker verbinden die Module am Europäischen XFEL-Linearbeschleuniger. Foto: Heiner Müller-Elsner / European XFEL

Techniker verbinden die Module am Europäischen XFEL-Linearbeschleuniger. Hier wollen die HZDR-Forscher auch ihr HIBEF-Labor einrichten, das die verborgene Struktur des Vakuums untersuchen wird Foto: Heiner Müller-Elsner / European XFEL

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf baut mit Millionen-Aufwand weltweit einzigartige Großforschungs-Anlagen

Dresden/Hamburg. Um zu erkennen, was die Welt im Innersten zusammenhält und wo die Natur heimlich „schummelt“, wollen die Wissenschaftler des Helmholz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) in den nächsten Jahren neue Großforschungs-Anlagen für über 170 Millionen Euro konstruieren. Einige dieser Geräte gehen schrittweise ab 2018 in Betrieb, andere erst ein Jahrzehnt später. Das hat Professor Roland Sauerbrey, der wissenschaftliche Direktor des HZDR, angekündigt. „Diese Anlagen werden uns weltweit einzigartige Experimentier-Möglichkeiten eröffnen“, sagte er.

Image-Film mit Überblick über das HZDR:

Suche nach der Struktur im Nichts

Besonders faszinierende Fragen an den Kosmos wollen die Forscher im HIBEF-Labor stellen, das am 3,4 Kilometer langen Röntgen-Großlaser „XFEL“ bei Hamburg entstehen soll: „Welche Struktur hat eigentlich das Vakuum im Weltraum? Wie sieht es im Innern des Riesenplaneten Jupiter aus?“, zählt Roland Sauerbrey Beispiele auf. Auch neue Werkstoffe und medizinische Therapien werden in der „Helmholtz International Beamline for Extreme Fields“ (HIBEF, deutsch: Internationale Strahlenanlage für extreme Felder der Helmholtz-Gemeinschaft) im Fokus stehen.

Roland Sauerbrey. Foto: HZDR, Oliver Killig

Roland Sauerbrey. Foto: HZDR, Oliver Killig

Laser arbeitet als Super-Highspeed-Kamera

Zusammen mit rund 100 Partnern möchten die HZDR-Forscher dafür im künftigen HIBEF-Labor sehr starke Magnetspulen sowie Superlaser mit einigen Hundert Billionen Watt Leistung aufbauen. Diese „Terawatt-Laser“ werden Materialproben in energiereiche Zustände versetzen, wie sie sonst nur im Innern von Planeten oder Sternen herrschen. Der Röntgen-Laser XFEL dient dann als ultraschnelle Kamera, um die so ausgelösten Prozesse von nur wenigen Billiardstel Sekunden Dauer sichtbar zu machen.

Während Terawatt-Bruder "Draco" nebenan berits fröhlich drauflos lasert, ist Petawatt-Superlaser "Penelope" noch in der Konstruktionsphase. Foto: HZDR/Frank Bierstedt

Während Terawatt-Bruder „Draco“ im HZDR bereits fröhlich drauflos lasert, ist Petawatt-Superlaser „Penelope“ noch in der Konstruktionsphase. Foto: HZDR/Frank Bierstedt

Vakuum „borgt“ sich anscheinend Teilchen aus der Gesamtweltbilanz

Dadurch wollen Astrophysiker unter anderem ein bisher nur theoretisch bekanntes Phänomen im Vakuum des Weltalls nachweisen und untersuchen: Dort verstößt das Universum scheinbar gegen den elementaren Grundsatz, dass keine Energie oder Materie aus dem Nichts entstehen kann. Anscheinend „borgt“ sich nämlich das Vakuum gelegentlich etwas aus der Gesamt-Energiebilanz der Welt und dann entstehen für winzige Sekundenbruchteile Materie- und Antimaterie-Teilchen – um fast sofort wieder zu verschwinden.

Millionen-Investitionen geplant

Um diese und andere „Schummeleien“ der Natur zu untersuchen, investieren die Partner am HIBEF insgesamt rund 47,5 Millionen Euro in Super-Laser, Magnetspulen und anderen Ausrüstungen. Davon kommen rund 20 Millionen Euro aus dem Helmholtz-Haushalt.

Schema DRESDYN: 3-D-Modell des 20 Meter langen Rotationsbehälters und der Natrium-Tanklager. Visualisierung: HZDR

So soll das Flüssigmetall-Experiment DRESDYN aussehen: 3-D-Modell des 20 Meter langen Rotationsbehälters und der Natrium-Tanklager. Visualisierung: HZDR

Dresden-Dynamo soll Planetenkerne zünden

Für weitere 24 Millionen Euro entsteht derzeit HZDR zudem eine ebenfalls weltweit einzigartige Forschungsanlage: Der „DRESDYN“ (Dresdner Dynamo) geht voraussichtlich ab dem Jahr 2018 in Betrieb. Er wird flüssiges Metall in mehreren Achsen frei rotieren lassen und so das Innere von Planeten simulieren. Die Forscher hoffen, damit Erklärungen zu finden, wie das schützende Magnetfeld der Erde vor Milliarden Jahren überhaupt zünden konnte und warum es im Laufe der Zeitalter gelegentlich seine Polarität ändert, der Nordpol also zum Südpol wandert und umgekehrt.

Neubauten im HZDR: DRESDYN-Gebäude. Abb.: Sven Ellger

Neubauten im HZDR: DRESDYN-Gebäude. Abb.: Sven Ellger

Nacktscanner-Strahlen sollen Supraleiter durchleuchten

Besonders aufwendig wird eine neue Quelle für sehr hochfrequente Terahertz-Strahlung sein, wie man sie in einfacher Form auch in den sogenannten „Nackt-Scannern“ auf Flughäfen findet. Diese sogenannte „DALI“-Quelle auf dem HZDR-Gelände am Stadtrand von Dresden soll besonders präzise einstellbare Strahlen erzeugen, die mehrere Billionen Mal pro Sekunde schwingen. Sie sollen neue Wege für die Medizin, Biologie, Material- und Supraleit-Forschung eröffnen. Die Forscher hoffen, so vielleicht endlich auch alle Mechanismen zu verstehen, dass manche Stoffe bei tiefen Temperaturen plötzlich Strom widerstandsfrei leiten. Gelänge dies, wäre auch das zielgerichtete Design von Werkstoffen denkbar, die auch bei Zimmertemperatur supraleitend werden. Dies würde eine Revolution in der Energiewirtschaft und im Maschinenbau auslösen.

Der Terahertzu-Scanner spürt verborgene Wandgemälde und Biozide in Kunstwerken auf. Abb.: Andrea Schmidt, HfBK

Terahertz-Scanner können auch verborgene Wandgemälde und Biozide in Kunstwerken aufspüren. Abb.: Andrea Schmidt, HfBK

130 Millionen Euro beantragt

Für diese Taerhartz-Anlage haben die HZDR-Wissenschaftler rund 130 Millionen Euro Fördergelder beim Bund beantragt. Sollte das Geld bewilligt werden, könnte die neue Großforschungsanlage in den Jahren 2024 bis 2028 gebaut werden, schätzt HZDR-Direktor Roland Sauerbrey.

Autor: Heiko Weckbrodt

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