Neue „Spielregeln“ für studentische Hilfskräfte

lickpunkt
Der Tunnel für den TESLA-Linearcollider beginnt auf dem
DESY-Gelände in Bahrenfeld und endet in Westerhorn.
Der Tunnel für die Anlage ist eine Betonröhre
und verläuft 10–30 m unter der Erde.
Fotos und Grafiken: DESY
warten die Physiker auf die intensiven ultraschnellen
Blitze der TESLA-Laser, denn einige
Eigenschaften der Cluster können damit erstmals
untersucht werden. Ein erstes Experiment
ist bereits bei DESY an dem Test-FEL erfolgreich
gelaufen. Dabei untersuchten die
Forscher auch die Wechselwirkung von intensiver
Strahlung mit Clustern auf extrem kurzen
Zeitskalen. „Wir benutzen Edelgas-Cluster als
Modellsubstanzen, um grundlegende Vorgänge
zu verstehen, die für die spätere Erforschung
von Materie bei extremen Temperaturen und
Dichten, technologisch interessanten Werkstoffen
oder medizinisch wichtigen Biomolekülen
mit den Röntgenwellenlängen von 6 bis
0,1 Nanometer relevant sind“, schwärmt Bernd
Sonntag, Professor am Institut für Experimentalphysik.
Diese Experimente werden fortgesetzt,
wenn 2004 der VUV-FEL seinen Betrieb
aufnimmt.
Chemie: das Filmen
einer Reaktion
In der Femtochemie jonglieren die Forscher
mit winzigen Bruchteilen von Sekunden, um
den Ablauf chemischer Reaktionen zu verfolgen.
„Femto“ bedeutet Billiardstel und Femtosekunden
sind die zeitliche Größenordnung, in
der Veränderungen auf atomarer Ebene ablaufen,
wenn zwei Moleküle miteinander reagieren.
Ultraschnelle Laser fungieren dabei als
„Kameras“, die mit Belichtungszeiten im Bereich
von Femtosekunden Momentaufnahmen
von Molekülanordnungen machen, die sich
während einer chemischen Reaktion bilden –
in Serie ergibt das einen Film des Reaktionsablaufs.
Die TESLA-Röntgenlaser könnten solche
Filme mit bislang unerreichter Detailtreue und Zeitauflösung aufnehmen,
wobei die reagierenden Moleküle mit atomarer räumlicher
Auflösung abgebildet werden. Die Ergebnisse können zum Beispiel in
der Photovoltaik und in Brennstoff- oder Solarzellen Anwendung finden.
Strukturbiologie:
der tiefe Blick ins Biomolekül
Mit dem intensiven Röntgenlicht aus heutigen Synchrotronstrahlungsquellen
lässt sich die Struktur von Biomolekülen schon im Detail
analysieren. Voraussetzung ist aber, dass aus möglichst vielen der normalerweise
in Wasser gelösten Moleküle ein fester Kristall „gezüchtet“
werden kann. Dies ist allerdings nur bei etwa der Hälfte aller biologisch
relevanten Substanzen möglich. Die TESLA-Röntgenlaser eröffnen
völlig neue Möglichkeiten, um biologische Strukturen mit atomarer
Auflösung zu entschlüsseln – ohne den Umweg über die Kristallisation.
Denn die Röntgenlaserblitze sind so intensiv, dass Bilder von einem
einzelnen Molekül erzeugt werden. Auf diese Weise werden die Wissenschaftler
zum Beispiel einzelne Viruspartikel im atomaren Detail
abbilden und mit den ultrakurzen Röntgenblitzen Bewegungen von
Molekülen zeitaufgelöst verfolgen können. Solche neuen Einsichten,
beispielsweise in den molekularen Ablauf von Infektionen, bilden auch
eine wichtige Grundlage, um neue Medikamente zu entwickeln.
„Bisher untersuchen wir mit Synchrotronstrahlung sehr erfolgreich
die elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Materie im
Gleichgewichtszustand. Nun warten wir gespannt auf die neuen Untersuchungsmöglichkeiten
von dynamischen Prozessen bei der Bildung
von Materie. Dafür liefern Freie-Elektronen-Laser Röntgenstrahlung
der richtigen Wellenlänge und Zeitstruktur“, erklärt Jochen Schneider,
DESY-Forschungsdirektor für Synchrotronstrahlung und Professor im
Fachbereich Physik. „Durch die Verbindung der besonderen Eigenschaften
eines Röntgenlasers wird für die Forscher, die bisher getrennte
Wege gingen, auch eine neue Plattform für interdisziplinäre
Wechselwirkungen und Synergien geschaffen. Ich bin sicher, dass viele
Einrichtungen der Universität Hamburg diese faszinierenden, in der
Welt einmaligen Möglichkeiten in ihre Forschungsaktivitäten, aber
auch in die Lehre aufnehmen werden. Wir alle zusammen gehen aufregenden
Zeiten entgegen!“
Text_ Petra Folkerts, DESY
NR_2_2003 yousee 25