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TESLA : Linearbeschleuniger ee Achim Stahl DESY Zeuthen.

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Präsentation zum Thema: "TESLA : Linearbeschleuniger ee Achim Stahl DESY Zeuthen."—  Präsentation transkript:

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2 TESLA : Linearbeschleuniger ee Achim Stahl DESY Zeuthen

3 TESLA : Linearbeschleuniger ee Achim Stahl DESY Zeuthen Teilchenphysik Strukturforschung

4 TESLA Beschleunigeranlage

5 33 km Tunnel 5.2 m Ø Experimentiergelände bei Ellerhoop

6 Kreisbeschleunige r Linearbeschleunige r (Speicherring)

7 Kreisbeschleunige r Linearbeschleunige r (Speicherring) Wechselwirkungswahrscheinlichkeit ca pro e pro Kollision

8 Kreisbeschleunige r Linearbeschleunige r (Speicherring) Wechselwirkungswahrscheinlichkeit ca pro e pro Kollision Kreisbeschleuni - gung Strahlungsverlust E = E 4 3 m 4 R

9 Kreisbeschleunige r Linearbeschleunige r (Speicherring) Wechselwirkungswahrscheinlichkeit ca pro e pro Kollision Kreisbeschleuni - gung Strahlungsverlust E = E 4 3 m 4 R Kein Strahlungsverlust 209 GeV 500 GeV 800 GeV ?

10 Teilchenbeschleunigung Elektrostatischer Beschleuniger Bis einige MeV

11 Teilchenbeschleunigung Mikrowellen-Beschleuniger 23.4 MeV / Meter 500 GeV 35. MeV / Meter 800 GeV } 10 km

12 Teilchenbeschleunigung Mögliche Verbesserungen : Höhere Feldstärken Längere Beschleunigungsstrecke Grenze: Feldstärken an den Oberflächen Zusammenbruch der Supraleitung Feldemission von Elektronen Grenze: Kosten

13 Beschleunigungsmodule: supraleitend Chemische Politur Elektropolitur Extreme Anforderungen Reinheit Rauhigkeit der Oberfläche

14 Beschleunigungsgradienten 9-zellige Module Produktionsserie Einzelne Zelle Prototyp Chemische PoliturElektropolitur /- 2.3 MV/mca. 35 MV/m

15 TTF: TESLA Test Facility Aufbau eines Moduls Aus 8 9-Zellern

16 TTF: TESLA Test Facility Blick auf die Quelle entlang des Beschleunigers 22 MV/m erreicht

17 Teilchenphysik mit TESLA e + e - Kollisionen Energie (c.m.) : bis 500 / 800 GeV Luminosität: cm -2 s -1 (bei 500 GeV) - e - e - e - - TESLA – HERA - e - Nukleon - Giga Z 0

18 Auf der Suche nach dem Ursprung der Masse NeutrinoElektrond-Quarku-Quark NeutrinoMüons-Quarkc-Quark NeutrinoTaub-Quarkt-Quark ~ meV 511 keV 105 MeV 1.8 GeV ~ 3 MeV~ 5 MeV 120 MeV1.2 GeV 175 GeV 4.2 GeV Materie (Fermionen)

19 Auf der Suche nach dem Ursprung der Masse Kräfte (Bosonen) Gravitation Graviton (?) Elektro- Magnetismus Photon Schwache Kraft W/Z-Boson Starke Kraft 8 Gluonen Masse GeV 91.2 GeV

20 Higgs-Mechanismus Alle Teilchen sind masselos Alle Teilchen erscheinen massebehaftet, durch Wechselwirkung mit einem Hintergrundfeld

21 Kräfte: Reichweite und Masse Oberfläche ~ r 2 Dichte der Feldquanten ~ ---- Kraft ~ ---- r2r2 r2r2 1 1 bei masselosen Feldquanten Coulomb-Gesetz Gravitationsgesetz

22 Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter

23 Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter

24 Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter

25 Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter Uminterpretation

26 Massive Bosonen in der Teilchenphysik Masselose Teilchen + Wechselwirkung mit dem Higgsfeld ~ g 2 v 2

27 Massive Bosonen in der Teilchenphysik Teilchen mit effektiver Masse Uminterpretation

28 Das Higgs-Feld erzeugt Masse durch Wechselwirkung Das Higgs-Boson erscheint selbst

29 Das Hintergrundfeld Oszillator - Potential keine Feldquanten im Vakuum keine Wechselwirkung der Quanten

30 Das Hintergrundfeld Oszillator - Potential keine Feldquanten im Vakuum keine Wechselwirkung der Quanten Higgs – Potential Selbstwechselwirkung Feldquanten erfüllen das Vakuum

31 Vier Fragen: Existiert ein Higgs-Feld ? Erfüllt es den ganzen Raum ? Erzeugt es die Masse der Bosonen ? Erzeugt es auch die Fermion-Massen ?

32 Zwei starke Partner : Higgs Entdeckung Studium des Higgs-Mechanismus bei LHC bei TESLA

33 Higgs Studien bei TESLA MHMH H g HVV g Hff V( ) J PC

34 Forschung mit dem Röntgenlaser Strukturunter- suchungen Atome, Moleküle, Cluster z.B. Mehrfachionisationen Plasmaphysik Erzeugung und Spektroskopie Festkörperphysik Phasenübergänge Struktur von Flüssigkeiten Oberflächen und Grenzflächen Dynamische Prozesse Materialwissenschaften Hohe Durchdringungskraft Nanostrukturen Chemie Reaktionsdynamik Biomedizin Atomare Struktur biol. Proben Nichtlineare Prozesse

35 Forschung mit dem Röntgenlaser Strukturunter- suchungen Atome, Moleküle, Cluster z.B. Mehrfachionisationen Plasmaphysik Erzeugung und Spektroskopie Festkörperphysik Phasenübergänge Struktur von Flüssigkeiten Oberflächen und Grenzflächen Dynamische Prozesse Materialwissenschaften Hohe Durchdringungskraft Nanostrukturen Chemie Reaktionsdynamik Biomedizin Atomare Struktur biol. Proben Nichtlineare Prozesse

36 Freie – Elektronen - Laser rad = (1 + K 2 ) U 2 Undulator P ~ N e

37 Freie – Elektronen - Laser rad = (1 + K 2 ) U 2 Röntgenlaser P ~ N e 2 Kohärenz ! Self- Amplification of Spontaneous Emission

38 Freie – Elektronen - Laser rad = (1 + K 2 ) U 2 Röntgenlaser P ~ N e 2 Kohärenz ! Self- Amplification of Spontaneous Emission Simulation

39 TTF - FEL

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41 TESLA - FEL Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 m Strahldivergenz: 8 rad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: Laserparameter :

42 Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 m Strahldivergenz: 8 rad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: TESLA - FEL Laserparameter : Zeitauflösung thermische Bewegungen Atomare Ortsauflösung Hohe Intensität

43 TESLA - FEL Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 m Strahldivergenz: 8 rad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: Laserparameter :

44 TESLA - FEL Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 m Strahldivergenz: 8 rad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: Laserparameter :

45 Bsp. 1: Zeitaufgelöste chemische Reaktionen

46 Relaxation von C 9 N 2 H 10 Struktur mit Synchro- tronstrahlung bestimmt Organischer Feststoff Photochemie UV-Absorption in Blütenblättern Laserfarbstoff Optoelektronik: Schalter/LEDs Medizin: Flureszensstandard Optische Pump-and-Probe Exp. Energieniveaus X-FEL Pump-and-Probe Exp. Strukturelle Veränderung h

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48 Bsp 2: Strukturanalyse von Biomolekülen Ein Ribosom koppelt an die RNA Röntgenbeugung mit Synchro- tronstrahlung (HASYLAB) Mit Synchrotron- strahlung möglich, aber … Nur an kristallisierten Proben Strahlenschädigung der Proben Verbesserung der Auflösung Röntgenlaser

49 Strukturanalyse an Einzelmolekülen RUBISCO (Enzym, CO 2 Aufnahme) Elektornendichte aus der PDB Simuliertes Interferenzmuster Einzelmoleküle ! Rekonstruierte Struktur (3-D)

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51 Coulombexplosion Lysozym Simulation

52 Status: Empfehlungen HEPAP-Panel / USA Komitee für Synchrotronstrahlung We recommend that the highest priority of the U.S. program be a high-energy, high-luminosity, electron-positron linear collider, wherever it is built in the world. This facility is the major step in the field and should be designed, built and operated as a fully international effort. Das KFS empfiehlt daher mit größtem Nachdruck die Realisierung der beiden komple- mentären Projektvorschläge, des X-FEL bei DESY in Hamburg …. und des BESSY-FEL in Berlin im VUV- und weichen Röntgenbereich, ….

53 Drei Projektvorschläge Next Linear Collider Japanese Linear Collider DESY/Hamburg Supraleitend, 1.3 GHz USA (FermiLab) normalleitend S-Band 11.4 GHz Japan (KEK) normalleitend S-Band 11.4 GHz

54 Kosten :

55 Beschleuniger 3136 Mio. Є Röntgenlaser 531 Mio. Є HEP-Experiment Mio. Є 3887 Mio. Є Summe

56 Zeitplan : Seit 1992Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bei DESY (TTF) Technical Design Report seit Mai 2001Begutachtung durch den Wissenschaftsrat 2003Grundsatzentscheidung durch die Bundesregierung und die beteiligten Länder 2012Inbetriebnahme ?

57 Hoffentlich bald : Danke ….


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