mini|Lage in Hamburg-Bahrenfeld

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY, kurz DESY, ist ein Forschungszentrum für naturwissenschaftliche Grundlagenforschung mit Sitz in Hamburg und Zeuthen. Aufgabe von DESY ist die Erforschung von Struktur, Dynamik und Funktion der Materie. Dies erfolgt in vier Forschungsbereichen: Beschleuniger Forschung mit Photonen Teilchenphysik Astroteilchenphysik

Das Forschungszentrum DESY ist eine Stiftung bürgerlichen Rechts und wird aus öffentlichen Mitteln finanziert. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Aufgaben DESY ist eines der weltweit größten Zentren für die Forschung an und mit Teilchenbeschleunigern. Aufgabe von DESY ist die Entschlüsselung der grundlegenden Zusammenhänge von Struktur, Dynamik und Funktion von Materie als Wissensbasis zur Lösung der aktuellen Fragen und Herausforderungen von Wissenschaft, Gesellschaft und Wirtschaft.DESY: Mission und Leitbild des Deutschen Elektronen-Synchrotrons. (PDF; 3 MB) In: www.desy.de. Mai 2013, abgerufen am 9. November 2021. Dabei setzt das Forschungszentrum auf folgende drei Schwerpunkte überwiegend am Standort Hamburg: Entwicklung, Bau und Betrieb von Teilchenbeschleunigern Forschung mit Photonen, d. h. Synchrotronstrahlung und Strahlung aus Freie-Elektronen-Lasern in (u. a.) Physik, Chemie, Biologie, Geologie und Medizin Untersuchung der fundamentalen Eigenschaften von Materie und Kräften im Rahmen der Teilchenphysik bzw. Hochenergiephysik

Am Standort Zeuthen gibt es einen weiteren Forschungsschwerpunkt: Astroteilchenphysik durch Anwendung der Methoden der Teilchenphysik im Rahmen der Astrophysik

DESY stellt der Wissenschaft Beschleunigeranlagen zur Verfügung, die national und international von verschiedenen Instituten und Universitäten sowie Industriekunden genutzt werden.

Standorte DESY verfügt über zwei Standorte. Der größere Standort liegt in Hamburg-Bahrenfeld in der Nähe des Altonaer Volksparks. Am 1. Januar 1992 wurde DESY um einen zweiten Standort in Zeuthen (bis 1991 „Institut für Hochenergiephysik“ der Akademie der Wissenschaften der DDR) südöstlich von Berlin erweitert.Erich Lohrmann, Paul Söding: Von schnellen Teilchen und hellem Licht: 50 Jahre Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Wiley/VCH 2009. S. 255. Online-Ausgabe 2013 (PDF; 55 MB). In: www.desy.de, abgerufen am 1. Oktober 2021.

Etat und Finanzierung Das Forschungszentrum ist eine Stiftung bürgerlichen Rechts und wird aus öffentlichen Mitteln finanziert. DESY hatte 2024 einen Jahresetat von etwa 359 Mio. Euro (gemäß Bundeshaushaltsplan im Rahmen der institutionellen Förderung)Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): Bundeshaushaltsplan 2024 – Einzelplan 30, S. 110. In: www.bundeshaushalt.de, abgerufen am 30. Oktober 2025.. Hinzu kam Projektförderung in Höhe von ca. 32 Mio. Euro. Die Grundfinanzierung übernehmen zu 90 % das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt und zu 10 % die Freie und Hansestadt HamburgFreie und Hansestadt Hamburg: Gesamthaushalt 2023-2024, S. 76–77. In: www.hamburg.de, abgerufen am 30. Oktober 2025. beziehungsweise das Land Brandenburg.Land Brandenburg: Haushaltsplan 2023/2024 – Band VI, Einzelplan 06, S. 65–66. In: mdfe.brandenburg.de, abgerufen am 30. Oktober 2025.

Personal und Ausbildung Insgesamt beschäftigt DESY ca. 3000 Mitarbeiter aus über 60 Nationen, davon etwa 2700 am Standort Hamburg und etwa 300 am Standort Zeuthen. Darin eingerechnet sind über 130 Auszubildende in verschiedenen gewerblich-technischen Berufen sowie rund 500 Doktorandinnen, Doktoranden und Postdocs, die von DESY betreut werden; hinzu kommen zahlreiche Master-Studierende verschiedener Universitäten.DESY im Überblick. In: www.desy.de, abgerufen am 21. März 2023.

DESY ist an mehreren Graduiertenschulen beteiligt, veranstaltet jährlich ein internationales Sommerstudierendenprogramm und bietet in seinen Schülerlaboren in Hamburg und Zeuthen Experimentiertage zu verschiedenen Themen der Physik an. Hinzu kommen Lehrkräftefortbildungen, Veranstaltungen für Schulen und Studierende in den MINT-Fächern, öffentliche Vorträge und Tage der offenen Tür. DESY beteiligt sich an Veranstaltungen wie der Hamburger Nacht des Wissens oder der Berliner Langen Nacht der Wissenschaften.

Geschichte mini|Monochromator für Synchrotronstrahlung (Vordergrund) und Blasenkammer des Teilchenbeschleunigers DESY

Am 18. Dezember 1959 wurde das Forschungszentrum „Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY“ in Hamburg durch einen Staatsvertrag gegründet, den Siegfried Balke – der damalige Bundesminister für Atomkernenergie und Wasserwirtschaft – und der Hamburger Bürgermeister Max Brauer unterzeichneten.Erich Lohrmann, Paul Söding: Von schnellen Teilchen und hellem Licht: 50 Jahre Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Wiley/VCH 2009. S. 5. Online-Ausgabe 2013 (PDF; 55 MB). In: www.desy.de, abgerufen am 1. Oktober 2021. Laut Satzung ist DESYs Aufgabe „die Förderung der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung (…) insbesondere durch die Entwicklung, den Bau und Betrieb von Beschleunigern und deren wissenschaftliche Nutzung, die Forschung mit Photonen und auf den Gebieten der Teilchen- und Astroteilchenphysik sowie Entwicklungsarbeiten, die damit im Zusammenhang stehen.“DESY: Satzung der Stiftung Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY. (PDF; 40 KB) In: www.desy.de. 8. Dezember 2021, abgerufen am 28. Februar 2022.

Teilchenphysik mini|1979 entdeckten die Teilchenphysik­experimente am Positron-Elektron-Speicherring PETRA bei DESY das Gluon, das Trägerteilchen der Starken Kraft

Von 1959 bis 2007 wurden die DESY-Beschleuniger in erster Linie für die Teilchenphysik eingesetzt, zunächst mit dem gleichnamigen Elektronen-Synchrotron DESY (Betrieb 1964–heute), gefolgt von den Speicherringen DORIS (Doppel-Ring-Speicher, 1974–2013), PETRA (Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage, 1978–heute) und HERA (1992–2007).

Internationale Aufmerksamkeit erregte DESY zum ersten Mal 1966 mit seinem Beitrag zur Prüfung der Quantenelektrodynamik. Die Ergebnisse bestätigten diese Theorie. DORIS leistete durch die Beobachtung angeregter Charmonium-Zustände 1975 einen wichtigen Beitrag für den Nachweis schwerer Quarks. 1987 wurde im ARGUS-Detektor an DORIS zum ersten Mal die Umwandlung eines B-Mesons in sein Antiteilchen, ein Anti-B-Meson, beobachtet – und damit ein Prozess, in dem sich Materie und Antimaterie unterschiedlich verhalten. Die wichtigste Entdeckung der Experimente TASSO, JADE, MARK-J und PLUTO an PETRA war der Nachweis des Gluons, des Trägerteilchens der starken Kraft, im Jahr 1979. Ab 1990 diente PETRA als Vorbeschleuniger für den noch größeren Speicherring HERA.

mini|HERA: Blick in den Ringbeschleuniger. Vorn links in Alufolie eingewickelt: Einer der Hohlraumresonatoren aus Kupfer zur Beschleunigung der Protonen mini|HERA: Quadrupolmagnet im Ringbeschleuniger, Masse: 3500 kg

HERA mit den vier Experimenten H1, ZEUS, HERMES und HERA-B war die einzige Speicherringanlage weltweit, in der Protonen mit Elektronen bzw. Positronen kollidierten. Dabei wirkte das punktförmige Elektron wie eine Sonde, die die innere Struktur des Protons abtastet und mit hoher Auflösung sichtbar macht. Die genauen Einblicke von HERA in das Innere des Protons bildeten die Grundlage für zahlreiche weitere Teilchenphysikexperimente, insbesondere am Large Hadron Collider (LHC) beim Forschungszentrum CERN, und für zahlreiche Entwicklungen der theoretischen Teilchenphysik.Erich Lohrmann, Paul Söding: Von schnellen Teilchen und hellem Licht: 50 Jahre Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Wiley/VCH 2009. Online-Ausgabe 2013 (PDF; 55 MB). In: www.desy.de, abgerufen am 1. Oktober 2021. Der HERA-Beschleuniger war zugleich das erste international finanzierte Großprojekt in der Teilchenforschung. Während der Bau von Beschleunigern zuvor stets vom jeweiligen Standortstaat finanziert wurde, war das Interesse an HERA so groß, dass sich zwölf Länder mit mehr als 45 Instituten am Bau beteiligten (ca. 22 % der HERA-Baukosten von ca. 700 Mio. € wurden von ausländischen Einrichtungen übernommen). Inzwischen hat sich das Modell etabliert, nach dem Vorbild von HERA wurden in den folgenden Jahren viele wissenschaftliche Großprojekte gemeinschaftlich durch mehrere Staaten getragen.

Forschung mit Photonen mini|Blick über die Messstationen in der 300 Meter langen Experimentierhalle „Max von Laue“ an der Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III bei DESY

Parallel dazu entwickelten Forschungsgruppen von DESY, verschiedenen Universitäten und der Max-Planck-Gesellschaft bereits in den 1960er Jahren am DESY-Beschleuniger die Grundlagen für die Nutzung der von Beschleunigern produzierten Synchrotronstrahlung. Um der schnell wachsenden nationalen und europäischen Nachfrage gerecht zu werden, gründete DESY ein eigenes Großlabor: das Hamburger Synchrotronstrahlungslabor HASYLAB, das 1980 mit Messplätzen an DORIS eröffnet wurde. Ab 1995 wurden Synchrotronstrahlungsexperimente auch parallel zu den Teilchenphysikexperimenten an PETRA durchgeführt, 2005 kam der Freie-Elektronen-Laser FLASH hinzu. Die PETRA-Anlage wurde 2009 für die ausschließliche Nutzung als Synchrotronstrahlungsquelle für harte Röntgenstrahlung (PETRA III) aufgerüstet,PETRA III. In: www.desy.de, abgerufen am 28. Februar 2022 (englisch).Erich Lohrmann, Paul Söding: Von schnellen Teilchen und hellem Licht: 50 Jahre Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Wiley/VCH 2009. S. 320. Online-Ausgabe 2013 (PDF; 55 MB). In: www.desy.de, abgerufen am 1. Oktober 2021. die heute über 40 Experimentierstationen versorgt und zum 3D-Röntgenmikroskop PETRA IV ausgebaut werden soll.Christian Schroer et al.: PETRA IV: the ultralow-emittance source project at DESY. In: J. Synchrotron Radiat. 25 (5), 1277–1290. September 2019, abgerufen am 6. Oktober 2021 (englisch). doi:10.1107/S1600577518008858. Mit der Abschaltung von DORIS Anfang 2013Erich Lohrmann, Paul Söding: Von schnellen Teilchen und hellem Licht: 50 Jahre Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Wiley/VCH 2009. S. 325. Online-Ausgabe 2013 (PDF; 55 MB). In: www.desy.de, abgerufen am 1. Oktober 2021. wurde der Name HASYLAB aufgegeben, die Nutzung der Photonenquellen von DESY erfolgt seither im Forschungsbereich Forschung mit Photonen („Photon Science“).

Historische Beispiele für Anwendungen der Synchrotronstrahlung bei DESY sind: 1975 fanden bei DESY erste Tests der Röntgenlithografie statt, später wurde das Verfahren zur Röntgen-Tiefenlithografie weiterentwickelt. 1984 wurde im HASYLAB das erste durch Synchrotronstrahlung gewonnene Mößbauer-Spektrum aufgenommen. 1985 konnte durch die Weiterentwicklung der Röntgentechnik die Detailstruktur des Schnupfenvirus aufgeklärt werden. 1986 gelang es erstmals, mit Synchrotronstrahlung einzelne Gitterschwingungen (Phononen) in Festkörpern anzuregen. Durch die unelastische Röntgenstreuung (IXS) konnten Untersuchungen der Eigenschaften von Materialien durchgeführt werden, die vorher nur an Kernreaktoren mit Neutronenstreuung (INS) möglich waren. Zeitweilig nutzte die Firma Osram die Anlagen von HASYLAB, um die Glühdrähte ihrer Lampen mittels Synchrotronstrahlung untersuchen zu lassen. Durch die neugewonnenen Erkenntnisse über den Glühvorgang konnte die Haltbarkeit von Lampen in bestimmten Anwendungsgebieten besser kontrolliert werden. Von 1986 bis 2004 führte die israelische Biochemikerin Ada Yonath (Nobelpreis für Chemie 2009) an DORIS grundlegende Experimente zur Entschlüsselung des Ribosoms durch.Erich Lohrmann, Paul Söding: Von schnellen Teilchen und hellem Licht: 50 Jahre Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Wiley/VCH 2009. S. 247. Online-Ausgabe 2013 (PDF; 55 MB). In: www.desy.de, abgerufen am 1. Oktober 2021.

Supraleitende Freie-Elektronen-Laser mini|Im Freie-Elektronen-Laser FLASH bei DESY erzeugen Elektronen beim Durchflug durch spezielle Magnetanordnungen, sogenannte Undulatoren (gelb), Laserlicht im niederenergetischen Röntgenbereich