빛의 속도에 가깝게 가속된 후 충돌하는 작은 입자. 연구자들이 물질의 분자 구조를 관찰하는 데 사용할 수 있는 매우 눈부신 빛의 섬광입니다. 많은 사람들에게 함부르크-바렌펠트에 있는 DESY 연구 현장에서 일어나는 과정은 상상하기 어렵습니다. 1959년 12월 18일에 설립된 가속기 튜브를 갖춘 시설은 현재 세계에서 가장 중요한 물질 연구 시설 중 하나입니다. DESY에서는 전 세계의 과학자들이 세계의 기본 구성 요소를 찾고, 단백질 분자를 해독하거나 완전히 새로운 특성을 가진 물질을 분석합니다.
1959년 지그프리트 발케 연방 장관(왼쪽)과 막스 브라우어가 함부르크에 DESY를 설립하는 계약에 서명했습니다.이는 가장 작은 입자 연구를 위한 세계에서 가장 중요한 기관 중 하나의 시작 신호였습니다. 1959년 12월 18일 당시 함부르크 시장 막스 브라우어(Max Brauer)와 원자력 에너지 및 수자원 관리 연방 장관 지그프리트 발케(Siegfried Balke)는 주정부에 서명했습니다. DESY로 약칭되는 "독일 전자 싱크로트론 재단"을 설립하기 위해 함부르크 시청에서 조약을 맺었습니다. 이 프로젝트는 획기적이었습니다. 당시 입자 가속기는 미국을 포함한 일부 국가에서만 사용할 수 있었습니다. 시스템 비용은 1억 독일마르크가 될 것으로 예상되며, 그 중 90%는 연방정부에서, 10%는 함부르크 시에서 부담하게 됩니다.
가장 작은 입자를 찾아서
그런데 왜 모든 노력을 다합니까? 연구자들은 이전에 생각했던 것보다 물질의 작은 구성 요소가 훨씬 더 많다는 것을 발견했습니다. 하나는 전체 "입자 동물원"에 대해 말합니다. 1950년대 말부터 독일의 연구자들은 물질의 가장 작은 구성 요소를 찾고 싶었습니다. 이 시설은 함부르크-바렌펠트(Hamburg-Bahrenfeld)에 건립될 예정이다. 과거 열병식장과 군비행장으로 사용되던 부지에
1964:"입자 동물원"에 대한 연구가 시작됩니다
거대한 시설이 가동되려면 4년 이상이 걸릴 것이다. 1964년 2월 25일 자정 직전, 마침내 시간이 다가왔습니다. 소수의 물리학자들이 새로운 입자 가속기의 제어실로 모여들었습니다. 연구원들은 결정적인 스위치를 누르고 잠시 후 축하할 수 있습니다. 전자의 첫 번째 흐름은 가속기의 원형 진공관을 통해 약 8,000번 윙윙거립니다. DESY는 곧 공식적으로 운영될 예정입니다. 전자는 거의 빛의 속도로 튜브를 통과하며 대형 전자석이 전자를 궤도에 유지합니다. 연구자들은 전자가 충분한 에너지를 흡수하면 정면으로 충돌하도록 합니다. 충돌은 수명이 짧은 입자, 즉 물질의 작은 구성 요소를 생성합니다. 탐지기는 연구원들이 이를 볼 수 있도록 해줍니다.
추가 가속기는 DESY를 따를 예정입니다
여전히 전체 연구 시설에 이름을 부여하는 가속기 DESY는 시작에 불과합니다. 수십 년에 걸쳐 더 많은 가속기가 건설되었습니다. DORIS, PETRA 또는 HERA라고 불리며 현장에서 가장 긴 가속기 링의 길이가 3.6km입니다. 오늘날 입자 가속기의 개발, 건설 및 운영은 입자 물리학 및 광자 연구와 함께 DESY의 세 가지 주요 연구 분야 중 하나입니다.
글루온 - DESY에서 발견
물질의 내부 구조에 관한 문제를 다루는 입자물리학은 세 가지 연구 분야 중 가장 오래된 학문이다. 연구원들은 1979년에 이 분야에서 특별한 성공을 거두었습니다. PETRA에서 과학자들은 처음으로 글루온을 감지할 수 있었습니다. 이는 아마도 현재까지 DESY에서 이루어진 가장 잘 알려진 발견일 것입니다. 글루온은 소위 강한 힘의 운반체 입자입니다. 중력, 전자기력, 소위 약력과 함께 4가지 기본 자연력 중 하나입니다. 비유적으로 말하면, 글루온은 물질의 입자를 함께 묶어주는 일종의 접착제입니다.
번쩍이는 빛으로 나노세계를 탐험해보세요
재료는 싱크로트론 방사선을 사용하여 X선으로 조사될 수 있습니다. 예를 들어, 덧칠되었던 반 고흐의 그림이 다시 눈에 띄게 되었습니다.오늘날 DESY의 세 번째 초점은 광자, 즉 빛 입자에 대한 연구입니다. 전자가 강하게 가속되면 에너지의 일부를 강렬한 빛의 광선으로 방출합니다. 과학자들은 소위 싱크로트론 방사선을 사용하여 나노 세계에 대한 통찰력을 얻고, 예를 들어 분자 구조를 조사할 수 있습니다. 또는 다양한 재료를 "조명"할 수도 있습니다. 예를 들어, 2008년에는 덧칠되었던 반 고흐의 그림이 DORIS 가속기의 싱크로트론 방사를 사용하여 다시 보이게 되었습니다. 이는 언론에서도 널리 보도된 연구 성공입니다.
PETRA는 이제 X선 소스로도 사용됩니다. 2009년부터 과학자들은 PETRA III을 사용해 단파장 X선 범위의 방사선을 생성해 왔습니다. 이 빛은 매우 강렬하고 초점이 뚜렷하며 짧은 펄스로 깜박입니다. 연구자들은 이를 사용하여 매우 작은 샘플을 조사할 수 있습니다. 예를 들어 생물학자들은 단백질 결정의 원자 구조를 연구하는 데 이를 사용합니다.
FLASH - 매우 짧은 빛의 섬광
자유 전자 레이저 FLASH를 사용하는 선형 가속기는 2005년부터 DESY 현장에서 작동 중입니다. 이는 세계 최초로 극자외선 범위에서 연성까지의 빛, 즉 비교적 장파장 X선의 섬광을 생성하는 것입니다.
선회하는 대신 300미터 길이의 직선형 시설에 있는 입자는 초전도 가속기에 의해 거의 빛의 속도에 도달하고 "언듈레이터"(전자를 강제하는 수백 쌍의 자석으로 구성된 구조)를 통해 유도됩니다. 슬라롬 코스에서. 입자는 매우 짧고 강한 빛의 섬광을 방출합니다. 무엇보다도 화학 반응과 같이 매우 빠르게 진행되는 프로세스를 추적하는 데 사용할 수 있습니다.
FLASH 실험 홀과 PETRA의 측정 스테이션 모두 수요가 많습니다. 전 세계 연구 기관 및 회사의 문의 중 극히 일부만 답변할 수 있습니다. 따라서 이 시스템은 2020년부터 새로운 FLASH2020 시스템으로 확장될 예정입니다.
유럽 XFEL:세계에서 가장 긴 X선 레이저
2017년부터 과학적 가동을 시작한 유럽형 X선 자유전자 레이저 유럽형 XFEL은 FLASH와 동일한 원리를 기반으로 한다. DESY의 가장 젊은 시설이자 세계 최대의 X-Ray 레이저 시설입니다.
X선 플래시의 도움으로 연구자들은 바이러스와 세포의 원자 세부 사항을 해독하고, 화학 반응을 촬영하고, 세포와 분자의 세계인 나노우주의 3차원 이미지를 얻을 수 있습니다. 3.4km 길이의 선형 가속기 튜브는 DESY 현장에서 슐레스비히-홀슈타인 주 경계선 뒤까지 지하로 운행되며 그곳의 실험 홀에서 끝납니다. 12개국이 약 12억 유로의 시설 자금 조달에 참여하고 있으며, 독일과 러시아가 가장 큰 기부자입니다.
힉스 입자의 흔적
그러나 입자 물리학은 DESY에게 계속해서 매우 중요합니다. 함부르크에 본사를 둔 이 회사는 제네바 CERN 연구 센터에서 둘레 27km의 거대한 링 가속기인 대형 강입자 충돌기 LHC에 대한 연구에 참여하고 있습니다. 연구자들이 2012년 오랫동안 기다려온 힉스 입자를 발견한 곳이 바로 그곳입니다. DESY는 무엇보다도 힉스 입자를 더 자세히 조사하기 위한 선형 가속기인 국제 선형 충돌기 ILC 미래 프로젝트에도 참여하고 있습니다. 하지만 이 프로젝트의 시행 여부에 대한 최종 결정은 아직 보류 중입니다.
영원한 얼음 속의 유령 입자
소위 중성미자를 탐지하기 위해 약 5,160개의 모듈이 투명한 얼음 속 최대 2,450m 깊이에 내장되었습니다.DESY가 참여하는 또 다른 멋진 프로젝트는 Icecube입니다. 연구원들은 남극 대륙의 영원한 얼음에 최대 2,450m 깊이까지 5,000개 이상의 탐지기를 삽입했습니다. 그들은 소위 중성미자를 탐지하는 거대한 망원경 역할을 합니다. 이러한 극도로 가벼운 입자는 일반적으로 모든 물질을 방해받지 않고 날아가므로 유령 입자라고도 합니다. 물질 입자와 충돌하는 경우는 매우 드물며 이런 방식으로 관찰할 수 있습니다. 남극에서 연구자들은 태양계가 아닌 블랙홀이나 초신성 폭발에서 나오는 중성미자를 찾고 있습니다. 그들은 이러한 강력한 우주 사건에 대해 밝힐 수 있습니다. 2012년과 2013년에 두 번에 걸쳐 연구원들은 우주 깊은 곳에서 이러한 고에너지 중성미자를 탐지할 수 있었습니다.
세계적으로 중요한 연구센터
세 가지 연구 분야를 갖춘 DESY는 이제 물질의 구조와 기능에 대한 연구를 위한 세계에서 가장 중요한 센터 중 하나입니다. 약 40개국에서 온 약 3,000명의 초청 과학자들이 가속기의 도움을 받아 소우주의 모든 다양성을 연구합니다. 무엇보다도 새로운 나노물질의 거동을 테스트하거나 분자 간의 중요한 과정 과정을 관찰하여 약물 및 신기술 개발에 중요한 통찰력을 제공합니다.
