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Dresdner Forscher nutzen neues Extremlabor

Große Hitze, enormer Druck und Supermagneten machen einen verborgenen Zustand des Universums sichtbar.

Toma Toncian leitet den Aufbau eines einzigartigen Labors. © European XFEL / Jan Hosan

Dresden/Hamburg. Die Werkstatt fürs Universum ist eingerichtet. Im neuen Großlabor HIBEF des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) wird die Natur in Extremzustände versetzt, wie an keinem anderen Ort weltweit.

Das neue Extremlabor befindet sich in Hamburg und nutzt den europäischen Röntgenlaser XFEL. Dieses 3,4 Kilometer große Gerät funktioniert wie ein gigantisches Mikroskop. Es kann den einzelnen Molekülen bei der Arbeit zuschauen. Es kann atomare Details von Viren erkennen, chemische Reaktionen filmen oder auch Vorgänge wie im Innern von Planeten beobachten. Für dieses Supermikroskop versetzen die Dresdner Wissenschaftler die Materie in Extremzustände. Energiedichten wie im Kern der Sonne und ein Druck wie im Erdkern bringen die Materie in uns bislang unbekannte Zustände. Auch dies geschieht unter anderem mit starken Lasern. In wenigen Tagen wird der erste 300 Terawatt Hochintensitätslaser technisch freigegeben, sagt Toma Toncian, Projektleiter für den Aufbau des Extremlabors. Dann geht es darum, den energiereichen Strahl durch Vakuumröhren vom ersten Stockwerk bis in die Analysekammer im Erdgeschoss zu bringen.

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Es ist ein kurzer Impuls, der stets exakt gelenkt, geleitet, gespiegelt und auf die Materialprobe fokussiert sein muss. Anfang Juni soll dieser Dresdner Laser richtig in Betrieb gehen. Der Routinebetrieb mit Forschern aus aller Welt beginnt im Herbst. Ein Aggregat für extreme Magnetfelder, so wie es sich bereits in Rossendorf befindet, soll zusätzlich ab 2020 installiert werden. Das Helmholtz-Forschungszentrum Desy errichtet im HIBEF ein Gerät, mit dem Materialproben zwischen zwei Diamantspitzen extrem gepresst werden. „Mit HIBEF betreten wir wissenschaftliches Neuland, denn wir machen Experimente möglich, die bisher nicht realisierbar waren“, sagt Roland Sauerbrey, Physiker und Direktor des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf. Er will ab 2021 im Vakuum nach bisher unbekannten Strukturen suchen. „Wenn man sich das Vakuum genauer anschaut, ist es eigentlich eine brodelnde Suppe aus entstehenden und vergehenden Teilchen und Antiteilchen.“ Es müsste sich daher ähnlich wie ein Kristall verhalten. „Wir wollen diese bisher unbekannten optischen Eigenschaften des Vakuums erstmals nachweisen.“

47,5 Millionen Euro teuer ist das Dresdner Extremlabor. Gut die Hälfte davon kommt von internationalen Partner wie Großbritannien, China und den USA. „Unser neues Labor wird sehr begehrt sein – bei Material- und Geoforschern ebenso wie bei Astro- und Plasmaphysikern, aber auch bei Biologen und Chemikern.“