Кіріспе

DESY – Deutsches Elektronen Synchrotron (ағылшын тілінде: German Electron Synchrotron) – Германияның Гамбург және Берлин қаласының жанындағы Зейтенде орналасқан фундаменталды ғылымдар жөніндегі ұлттық ғылыми-зерттеу орталығы. Ол материяның құрылымы, динамикасы және функциясын зерттеу үшін қолданылатын бөлшектерді жеделдеткіштерін пайдаланады және төрт негізгі сала бойынша көп салалы ғылыми зерттеулер жүргізеді: бөлшектер және жоғары энергия физикасы; фотондық ғылым; астробөлшектер физикасы; сондай-ақ бөлшектерді жеделдеткіштерін әзірлеу, құрылыс және пайдалану. Оның атауы алғашқы жобасына – электрондық синхротронға сілтеме жасайды. DESY Германия Федеративтік Республикасы және Гамбург және Бранденбург федералды штаттарының қаржыландыруымен жұмыс істейді және Гельмгольц қауымдастығының мүшесі болып табылады.

Функциялар мен миссия

DESY-дің міндеті – тек азаматтық және бейбіт мақсаттар үшін іргелі зерттеулер жүргізу болып табылады. Ол бөлшектер үдеткіштерін әзірлеу, құрылыс және пайдалану, бөлшектер физикасы, астробөлшектер физикасы және фотон ғылымы салаларындағы зерттеулерге маманданған, материяның құрылымы, динамикасы және функциясы арасындағы негізгі байланыстарды зерттейді. Өзінің серіктес ұйымдарымен бірлесіп, фотон ғылымы бойынша зерттеулері синхротрон сәулеленуі мен еркін электронды лазерлерді пайдалану арқылы беттік физика, материалтану, химия, молекулалық биология, геофизика және медицинаны қамтиды. Өзінің ірі үдеткіш кешендерін пайдаланумен қатар, DESY көптеген маңызды халықаралық ғылыми-зерттеу жобаларына қатысады, мысалы, Германиядағы Еуропалық рентгендік еркін электронды лазері, Швейцариядағы Үлкен адрондық коллайдері, Жапониядағы Belle II эксперименті, Оңтүстік полюстағы IceCube нейтрино обсерваториясы және бүкіл әлемдік Черенков телескопы массиві.

Сайттар

DESY екі жерде жұмыс істейді. Басты орналасқан жері – Гамбург қаласының Бахренфельд ауданы. 1992 жылы DESY Берлинге жақын Zeuthen қаласындағы екінші орынға кеңейді.

Гамбург

DESY Гамбург орналасқан жері Бахренфельд ауданында, қаланың батысында, Алтона ауданында. Оның негізгі үдеткіштері осында орналасқан.

Зеутен

Германияның қайта бірігуінен кейін DESY Берлинге жақын Zeuthen қаласында екінші орынға кеңейді. 1939 жылы Германияның пошта министрлігі онда ядролық физика зертханасын құрды. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін зертхана алғашқыда "X институты" деп аталды, кейіннен ГДР Ғылым академиясына қарасты Германия Демократиялық Республикасының жоғары энергиялық физика зертханасы – Жоғары энергиялық физика институты (Institut für Hochenergiephysik IfH) болып өзгерді. Институт 1992 жылдың 1 қаңтарында DESY-мен біріктірілді. Ол теориялық бөлшектер физикасы үшін параллель есептеулерді, рентген лазерлері үшін электрон көздерін әзірлеу және құрастыруды, сондай-ақ гамма сәулелері және нейтрино астрономиясына бағытталған астрофизиканы зерттейді.

Қызметкерлер және оқыту

DESY 60-тан астам елден келген 3000-ға жуық қызметкерді жұмысқа алады. Қызметкерлердің көп бөлігі Гамбург алаңында жұмыс істейді, ал Зейтен алаңында шамамен 270 адам жұмыс істейді. Бұл санға түрлі өндірістік-техникалық мамандықтар бойынша 130-дан астам оқушы және DESY басшылығындағы 500-ге жуық докторанттар мен постдокторанттар кіреді. Сонымен қатар, түрлі университеттерден көптеген магистранттар да бар.

Бюджет және қаржыландыру

Ғылыми-зерттеу орталығы – азаматтық құқық негізінде құрылған, мемлекеттік қаржымен қаржыландырылатын қор. 2020 жылы DESY-нің жылдық бюджеті шамамен 232 миллион еуроны құрады (Германия Федералдық бюджет жоспарына сәйкес, инвестициялық шығыстар мен арнайы қаржыландыру шығыстары ескерілмеген). Бұдан өзге, ол үшінші тараптан 18 миллион еуроға жуық қаржыландыру түсімдеріне ие болды. Жылдық бюджеттің 90 пайызы Германия Федералдық Білім және зерттеу министрлігі (Bundesministerium für Bildung und Forschung) және 10 пайызы тиісінше Гамбург еркін және Ганза қаласы мен Германияның Бранденбург федералды жерімен қамтамасыз етіледі.

Бөлшектерді жеделдетуші және басқа да құрылғылар

DESY жылдамдатушылары бірден салынбады, олар ғылымдамандардың бөлшектер құрылымын жақсырақ түсіну үшін үнемі арта түсетін энергияға деген қажеттілігін қанағаттандыру мақсатында біртіндеп, бірінен соң бірі қосылды. Жаңа жылдамдатушылар салынып жатқанда, ескілері алдын ала жылдамдатушыларға немесе жаңа зерттеу міндеттері бар зертханалар үшін синхротрондық сәулеленудің көздеріне түрлендірілді.

DESY

DESY синхротроны (Deutsches Elektronen Synchrotron) 1964 жылдан бері жұмыс істеп келеді. Оның ұзындығы 300 метрді құрайды. 1978 жылға дейін бұл синхротрон бөлшектер физикасы эксперименттері мен синхротрон сәулеленуінің алғашқы өлшемдері үшін қолданылды. Содан бері бірнеше рет қайта жаңартылып, модернизацияланғаннан кейін, ол алдын ала үдеткіш ретінде және детекторлық жүйелерді сынауға арналған жоғары энергиялы бөлшектер шоғын жеткізетін сынақ алаңы ретінде қызмет етеді.

ДОРИС

DORIS сақтау сақинасы (қос сақиналы сақтау құрылғысы) 1974 жылдан 2013 жылға дейін жұмыс істеді. Оның ұзындығы 289 м құрады. 1992 жылға дейін ол бөлшектер физикасы эксперименттері үшін (соның ішінде ARGUS эксперименті) электрондарды позитрондармен соқтығыстырды. 1980 жылдан бастап DORIS-тен туындаған синхротрондық сәулелену фотондар ғылымы эксперименттерінде қолданылды; 1993 жылдан 2012 жылға дейін сақтау сақинасы тек синхротрондық сәулелену көзі ретінде пайдаланылды. 2012 жылы OLYMPUS бөлшектер физикасы эксперименті өткізілді, содан кейін 2013 жылдың басында DORIS жабылды.

PETRA

PETRA (Позитрон-Электрондық Тандемдік Сақиналық Үдеткіш) жинақтау шағылы 1978 жылдан бері жұмыс істейді. Оның айналасы 2 304 м. 1986 жылға дейін PETRA-да бөлшектер физикасы саласындағы зерттеулер үшін электрондар мен позитрондар соқтығысты (JADE, MARK J, TASSO және PLUTO эксперименттері). 1990 жылдан бастап PETRA HERA жинақтау сақинасының алдын ала үдеткіші, ал 1995 жылдан бастап екі сынақ тәжірибелік станциясы бар синхротрон сәулелену көзі ретінде қызмет етті. 2009 жылдан бері бұл нысан PETRA III атауымен 40-тан астам тәжірибелік станцияға өте жоғары жарықтығы бар қатты рентген сәулелерін жеткізіп келеді.

HERA

HERA сақтау сақинасы (Hadron–Electron Ring Accelerator – HERA деп қысқартылған) 1992 жылдан 2007 жылға дейін жұмыс істеді. Оның ұзындығы 6336 м. Бұл DESY-дің ең ірі сақиналық үдеткіші және Германияның қазіргі кезге дейінгі ең үлкен ғылыми құралы болды. 2007 жылға дейін HERA әлемдегі жалғыз сақтау сақинасы болып, бөлшек физикасы үшін (H1, ZEUS, HERMES және HERA B эксперименттері) электрондар немесе позитрондарды протондармен соқтығыстыруға мүмкіндік берді, соның арқасында протоның ішкі құрылымын зерттеу жүргізілді.

ФЛАШ

ФЛАСХ (Free Electron Laser in Hamburg) еркін электронды лазері (FEL) 2000 жылдан бері жұмыс істеп келеді. Оның ұзындығы 315 метрді құрайды. Ол 1997 жылы TESLA жобасы үшін салынған суперөткізгіш үдеткіш технологиясын сынау орнатылымының негізінде жасалған және 2005 жылдан бері пайдаланушыларға жасалған FEL сәулеленуімен эксперименттер жүргізуге мүмкіндік береді. FLASH жеті тәжірибелік станцияға ең ультракүлгін және жұмсақ рентген сәулелері диапазонындағы ультрақысқа жарық импульстарын ұсынады, сонымен қатар үдеткіш және FEL технологияларын дамыту үшін сынақ орнатылымы ретінде де қолданылады.

Еуропалық XFEL жеделдетушісі

DESY Еуропалық XFEL X сәулелері еркін электронды лазерінің 1,7 км-лік супепроводящего сызықтық үдеткішін пайдаланады, ол жоғары энергиялы рентген сәулелері диапазонындағы ультрақысқа жарық импульстарын шығаратын халықаралық зерттеу орталығы.

PITZ

2001 жылдан бері Zeuthen-дегі DESY орталығында PITZ фотоинжекторлық сынақ құрылғысы орналасқан. Бұл FLASH және (2015 жылдан бастап) Еуропалық XFEL үшін электрондық көздерді зерттеу, жақсарту және дайындауға қолданылатын сызықтық үдеткіш.

Басқа құрылғылар

Бұрынғы DORIS сақтау сақинасының ғимаратында қазір SINBAD ("DESY-дегі қысқа инновациялық шоғырлар мен акселераторлар") акселератор кешені орналасқан, ол акселераторларды зерттеу және әзірлеу үшін әртүрлі инфрақұрылымдармен жабдықталған: медициналық мақсаттар үшін ультрақысқа электрондық импульстармен акселераторларды зерттеуге арналған сызықтық акселератор ARES, материалтану немесе медициналық бейнелеу үшін ультрақысқа рентген импульстарын жасауға арналған терахерцтік жеделдетуге арналған AXSIS құрылғысы және лазерлік плазмалық жеделдетуді зерттеу үшін жоғары қуатты лазер KALDERA. LUX құрылғысы лазерлік плазмалық жеделдетуді зерттеу үшін, ал FLASHForward эксперименті FLASH-та электрондық сәулемен басқарылатын плазмалық жеделдету үшін қолданылады. Релятивистік электрондық сәуле көзі REGAE уақыт бойынша шешілетін дифракциялық эксперименттер үшін ультрақысқа электрондық импульстарды жасайды. Бұрынғы HERA сақтау сақинасының туннелінде қазір ALPS II эксперименті орналасқан, ол HERA протон сақинасының түрлендірілген суперөткізгіш диполь магниттерін өте жеңіл бөлшектерді зерттеу үшін пайдаланады.

Есептеу

DESY барлық бөлімдеріндегі зерттеулер үшін кең көлемді сақтау және есептеу қуатын ұсынады. Дүниежүзілік LHC есептеу желісінің (WLCG) құрамында DESY, Үлкен адрондық коллайдердегі (LHC) ATLAS, CMS және LHCb эксперименттері үшін есептеу және сақтау жүйелерін қамтамасыз ететін 2-деңгейлі компьютерлік орталықты да басқарады. Бұған қоса, DESY желілік инфрақұрылымын Belle II және IceCube сияқты басқа эксперименттер де пайдаланады.

Ғылыми-зерттеу салалары

DESY-дегі зерттеулер төрт бөлімге бөлінген: үдеткіштер, фотон ғылымы, бөлшектер физикасы және астробөлшектер физикасы. Үдеткіштер бөлімі DESY және оның серіктестері ғылыми миссияларында пайдаланатын үдеткіш құрылғылары үшін негізгі технологияларды әзірлейді. Қазіргі кездегі құрылғыларды пайдалану және одан әрі дамытудан (PETRA IV және FLASH2020+ жобалары, Еуропалық XFEL кеңейтуі) басқа, маңызды жұмыстарға жаңа үдету концепцияларын зерттеу, әсіресе плазмалық серпінді үдету және радиожиілікті үдеткіш технологиясын жақсарту кіреді. Фотoн ғылымы бөлімі материяның құрылымын, динамикасын және қызметін зерттеу үшін фотондарды пайдаланады. Осы мақсатта бөлім DESY жарық көздері PETRA III және FLASH-те сәуле желілерін және эксперименттерді әзірлейді, салады және басқарады. Жыл сайын 3000-нан астам зерттеуші – олардың көпшілігі университеттерден, сондай-ақ университет емес зерттеу институттары мен өнеркәсіптен – 40-тан астам елден DESY-дегі жарық көздері мен зертханаларында эксперименттер жүргізеді. Зерттеулер спектрі физика, химия, биология, медицина, тіршілік ғылымдары, жер ғылымдары, материалдарды зерттеу, сондай-ақ мәдени мұраны зерттеу салаларындағы негізгі және қолданбалы зерттеулермен, өнеркәсіптік ынтымақтастықтарды қамтиды. Бөлшектер физикасы бөлімі Женева маңындағы CERN-дегі Ұлы адрондық коллайдердегі (LHC) ірі масштабты эксперименттерге қатысады. ATLAS және CMS эксперименттерін жүргізетін халықаралық ынтымақтастықтар аясында DESY LHC-дегі көптеген әзірлемелерге үлес қосады, аппараттық жобалаудан және деректерді талдаудан бастап жоспарланған жаңартуларға дайындыққа дейін. DESY сонымен қатар Жапонияның Цукуба қаласындағы KEK зерттеу орталығындағы SuperKEKB электрон-позитрон коллайдеріндегі Belle II экспериментіне, сондай-ақ болашақтағы электрон-позитрон сызықтық коллайдерлерін әзірлеуге қатысады. Ол теориялық бөлшектер физикасында да белсенді. Астробөлшектер физикасы бөлімі ғаламдағы жоғары энергиялы процестерді зерттейді. Детекторлар мен телескоптар ғарыштан келетін нейтринолар мен гамма-сәулелерді талдау үшін қолданылады, олар ғарыш құбылыстары туралы ақпарат бере алады: қара тесіктер, жарылатын жұлдыздар және өте күшті сәулеленулік жарылыстар. Осы мақсатта DESY гамма-телескоптары MAGIC, H.E.S.S. және VERITAS-қа, сондай-ақ Ферми гамма-сәулелері ғарыш телескопына қатысады және жоспарланған Черенков телескопы массивіне (CTA) үлес қосады. Ол Оңтүстік полюстегі IceCube обсерваториясының екінші ірі серіктесі болып табылады.

Тарих

DESY компаниясы 1959 жылдың 18 желтоқсанында Гамбургте құрылды. Оның жарғысына сәйкес, DESY-нің миссиясы – «негізгі ғылыми зерттеулерді, әсіресе үдеткіштерді әзірлеу, салу және пайдалану, сондай-ақ оларды ғылыми мақсатта қолдану, фотон ғылымы және бөлшектер мен астробөлшектер физикасы салаларында, осыған байланысты ғылыми-зерттеу және даму жұмыстарын жүргізу» болып табылады. 1959 жылдан 2007 жылға дейін DESY үдеткіштері негізінен бөлшектер физикасы үшін қолданылды, бастапқыда DESY электрондарының синхротроны (1964 – қазірге дейін), одан кейін DORIS (қос сақиналы сақтау қондырғысы, 1974–1992), PETRA (позитрон-электрондық тандемдік сақиналы қондырғы, 1978 – қазірге дейін) және HERA (адрон-электрондық сақиналы үдеткіш, 1992–2007) пайдаланылды. 1987 жылы DORIS-те ARGUS эксперименті алғаш рет B мезондарының күшті араласуын және материя мен антиматерияның әртүрліше әрекеттесетін процесін байқады. PETRA-дағы TASSO, JADE, MARK J және PLUTO эксперименттерінің ең маңызды ашылуы – 1979 жылы күшті күштің тасымалдаушы бөлшегі глюонды анықтау болды. Параллельдік түрде, 1960 жылдардың өзінде DESY, әртүрлі университеттер мен Макс Планк қоғамының зерттеу топтары үдеткіштерден шығатын синхротрон сәулесін пайдалану технологиясын әзірледі. Ұлттық және еуропалық сұраныстың өсуін қамтамасыз ету үшін DESY өзінің ірі зертханасын құрды: Гамбургтің синхротрон сәулелену зертханасы HASYLAB, ол 1980 жылы ашылды. Ол DORIS-те өлшеу станцияларын қамтамасыз етті, және осы жерде израильдік биохимик Ада Йонат (2009 жылғы Химия саласындағы Нобель сыйлығы) 1986 жылдан 2004 жылға дейін эксперименттер жүргізіп, рибосоманың құрылымын анықтады. 1995 жылдан бастап PETRA-да синхротрон сәулеленуі және бөлшектер физикасы эксперименттері бірге жүргізілді. 2009 жылы PETRA қондырғысы қатаң рентген сәулелерінің синхротрон сәулелену көзі ретінде пайдалану үшін жаңартылды (PETRA III). 2013 жылдың басында DORIS тоқтатылғаннан кейін HASYLAB атауы қолданыстан шығарылды, ал DESY-нің жарық көздерін пайдалану оның Фотoн ғылымы бөлімшесінде жүзеге асырылуда. 1990 жылдардың басында DESY жаңа технологияны әзірлеуге кірісті: сұйық гелиймен шамамен 2 К (-271 °C) дейін салқындатылатын ниобийден жасалған суперөткізгіш қуыстарға негізделген радиожиілікті үдету технологиясы. Осы негіздегі алғашқы үдеткіш – DESY-дегі суперөткізгіш сызықтық үдеткіштердің рентген лазерлік сәулесінің өздігінен күшейтілген шығарылу (SASE) принципін сынауға арналған сынақ қондырғысы болды. SASE теориясы 1980 жылдан бастап DESY және Ресей, Италия және АҚШ институттарында әзірленді және жетілдірілді. 2000–2001 жылдары DESY-дегі сынақ қондырғысы әлемдегі алғашқы бос электронды лазер болып, вакуумдық ультракүлгін және жұмсақ рентген сәулелерінің диапазонында жарық импульстарын жасады. Бүгінде FLASH қондырғысы жеті эксперименттік станция үшін жұмсақ рентген сәулелерінің диапазонында ультрақысқа жарық импульстарын шығарады. 2020 жылдан бастап радиацияның қасиеттерін одан әрі оңтайландыру үшін кеңейтілді (FLASH2020+ жобасы). 2009–2016 жылдары DESY жетекшілік еткен халықаралық консорциум European XFEL еуропалық рентгендік бос электронды лазерін жасады. 12 еуропалық акционерлік ел қатысатын халықаралық зерттеу орталығын European XFEL GmbH коммерциялық емес компаниясы басқарады. Объектінің негізгі бөлігі – 1,7 км-лік суперөткізгіш сызықтық үдеткіш. 17,5 ГэВ электрон энергиясымен ол бүгінгі күнге дейін әлемдегі ең қуатты суперөткізгіш сызықтық үдеткіш болып табылады. DESY European XFEL GmbH компаниясы тапсырысы бойынша үдеткішті пайдаланады. 2010 жылдан бері DESY плазмалық үдету технологиясын (лазерлік және электрондық сәулемен басқарылатын) фотон ғылымы, бөлшектер физикасы, сондай-ақ медициналық және өнеркәсіптік қолданулар үшін ықшам үдеткіштерді жасау мақсатымен дәстүрлі үдету технологияларына мүмкін балама ретінде дамытып келеді.

Білім мен технологияны беру

DESY компаниясы жаңа кәсіпорындарды дамытуға және іргелі зерттеулердегі білімді қолдануға бағытталған. Ол коммерциялық компанияларға өнеркәсіптік мәселелер бойынша қолдау көрсетеді, мысалы, фотондар көздері мен зертханаларға ерекше өнеркәсіптік қолжетімділік арқылы, іргелі зерттеулерге негізделген идеялар, қолданбалар және өнімдерді әзірлейді, сондай-ақ Гамбург және Бранденбург аймақтарында DESY технологияларын пайдалана отырып, жаңа кәсіпорындар құруға өз қызметкерлерін қолдайды. DESY жаңа кәсіпорындарға DESY Innovation Village және Гамбург университеті мен Гамбург еркін және Ганза қаласымен бірлесіп құрылған Start up Labs Bahrenfeld кеңселеріне, зертханаларына және шеберханаларына қолжетімділік ұсынады.