Hanseaten bauen ersten „kleinen“ Röntgenlaser
XFELO misst nur 65 Meter statt mehrere Kilometer
Hamburg, 28. Januar 2026. Weil sie genau sehen wollen, wie sich Atome in Sekundenbruchteilen zu Molekülen verbinden, wie sich Erbgut strukturiert oder Nanostrukturen in der Natur wachsen, haben Hamburger Forscher einen neuartigen, besonders kompakten und brillanten Röntgenlaser gebaut. Das hat ein Wissenschaftler-Team vom norddeutschen Großforschungszentrum „Desy“, vom Beschleuniger „European XFEL“ und der Uni Hamburg mitgeteilt.
„Können damit Prozesse untersuchen, die zuvor kaum messbar waren“
Thomas Feurer, Vorsitzender der Geschäftsführung am European XFEL
„Forschende können damit künftig Strukturen und Prozesse untersuchen, die zuvor kaum messbar waren,“ erklärt XFEL-Chef Thomas Feurer. Der neue Präzisions-Röntgenlaser eröffne „völlig neue Möglichkeiten für präzise Experimente in Physik, Materialwissenschaften, Chemie oder Biologie“.
Diamant-Katzenaugen schaukeln Röntgen-Impulse auf
Der „X-Ray Free Electron Laser Oscillator“ (XFELO) der Wissenschaftler ist 65 Meter lang und speist sich aus schnellen Elektronen. Gegenläufig gepolte Magnete zwingen diese geladenen Teilchen in sogenannten „Undulatoren“ in eine Schlangenbahn. Auf diesem Schlängelkurs senden die Elektronen harte Strahlung aus. Das dabei entstehende Röntgenlicht eilt dann zwischen Diamant-Katzenaugen und Siliziumspiegeln so lange hin und her und wird durch immer neue, synchron eintreffende Elektronenpakete verstärkt, bis es sich zum gewünschten Strahlenpuls hochgeschaukelt hat. Das Prinzip dahinter ist dem klassischen Lichtverstärker, dem Laser abgeguckt, ist aber mit Röntgenwellen viel schwieriger zu realisieren, weil sich diese harten Strahlen nicht mit normalen Linsen oder Spiegeln lenken lassen.
XFEL-Erklärvideo:
Forscher ernten mit neuer Anlage besonders brillante Röntgenpulse
Bisher war es deshalb üblich, besonders energiereiche und brillante Röntgenimpulse für Forschungszwecke mit riesigen Elektronen-Beschleunigern zu erzeugen. Eine solche Großanlage ist der erwähnte „XFEL“, sich kilometerweit unterirdisch zwischen Hamburg und Schleswig-Holstein erstreckt. Mit dem XFELO haben die Hanseaten die gesamte Anordnung auf wenige Dutzend Meter geschrumpft – und ernten zudem noch Röntgenpulse, die brillanter sind als die aus dem großen Bruder XFEL.
Jahrelange Tüfteleien
Das Konzept für diesen kompakten Röntgenlaser hatte Physikprofessor Jörg Rossbach von der Uni Hamburg erdacht. Aber es dauerte viele Jahre, bis Desy-Wissenschaftler Patrick Rauer, XFEL-Röntgenoptikexperte Harald Sinn und ihre Kollegen den „Dreh heraus hatten“, wie sie die Röntgenstrahlen richtig spiegeln und mit den eintreffenden Elektronenpulsen synchronisieren konnten.
Bisher weltweit einmalig – doch die Chinesen sind den Hanseaten auf den Fersen
Der XFELO ist laut Einschätzung der beteiligten Forscher bisher weltweit einmalig. „Soviel wir wissen, arbeiten die Chinesen aber auch an solch einem System“, weiß Sinn. 2027 wollen die Hanseaten ihren neuen Kompakt-Röntgenlaser in die unterirdischen Versuchsanlagen von XFEL und Desy einbauen und in den Praxisbetrieb überführen. Helfen soll das System dann beispielsweise bei physikalischen, chemischen, biologischen und materialwissenschaftlichen Analysen. Ob sich darüber hinaus auch Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie – etwa für die Produktion besonders feiner Chipstrukturen in Chipfabriken – eröffnen, ist derzeit noch nicht gesichert.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: Vor-Ort-Besuch, Auskünfte Harald Sinn, XFEL, Desy
Wissenschaftliche Publikation:
„Lasing of a Cavity Based X-ray Source“ von Patrick Rauer, Immo Bahns, Bertram Friedrich u.a., in: „Nature“, Januar 2026, Fundstelle im Netz hier
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