Brillante Teilchen- und Photonenquellen

A.2.1 | Femtosekunden-Elektronenpulse für die 4D-Bilderstellung 

A.2.2 | Brillante, ultrakurze Photonenstrahlen von 10 pm bis 50 nm

A.2.3 | Laserbetriebene Ionenbeschleunigung mit ultradünnen Folien

A.2.4 | Theorie zur Erzeugung von brillanten Neutronen-Mikrostrahlen

A.2.5 | Entwicklung von Simulationsmodellen sowie erste Experimente zur Bildgebung mit laserbasierten Röntgenquellen

Brillante Strahlung könnte schon bald unser Weltbild verändern, denn sie gestattet extrem detailreiche Einblicke in den Mikrokosmos. Das Licht besteht aus ultrakurzen und stark fokussierten Laserpulsen, die einen intensiven, einfarbigen Lichtstrahl im Röntgenspektrum bilden. Es zeichnet sich zudem aus durch die extrem hohe Anzahl Photonen pro Puls, also in einem winzigen Zeitraum.

Diese hochenergetischen Lichtblitze produzieren die MAP-Wissenschaftler in so genannten Freien-Elektronen-Röntgenlasern (XFELs). XFELs erzeugen die Röntgenstrahlung im Bereich von zehn bis 13 Nanometern Wellenlänge bereits auf einigen Millimetern Weglänge. Ein gängiger Beschleuniger, der mit elektrischen Feldern arbeitet, benötigt dazu mehrere Kilometer. Mit den so genannten harten Röntgenstrahlen können die Forscher Bilder von einzelnen Molekülen aufnehmen und damit erhebliche Fortschritte in der biologischen Strukturaufklärung oder der Medizin erzielen.

Um kurzlebige Vorgänge in Atomen, Molekülen und Feststoffen zu beobachten, brauchen die Wissenschaftler einen noch kürzeren, nur attosekundenlang (10^-18 s) Lichtpuls, dessen Photonenenergie niedriger ist und im Wellenlängenbereich zwischen weicher Röntgen- und ferner UV-Strahlung (10 Pikometer bis 50 Nanometer) liegt.

Neben der Forschung an den Elektronen arbeiten die Wissenschaftler auch an der lasergetriebenen Protonenbeschleunigung. Diese hat sich heute schon bei der Bestrahlung einiger Tumorarten bewährt. Sie ist aber eine teure und körperlich belastende Therapie, weil auch das umliegende Gewebe beschädigt wird. Die MAP-Wissenschaftler arbeiten deshalb an neuen Verfahren einer laserbasierten Protonenbeschleunigung, die eine genaue Kontrolle der Ionenzahl und -energie erlaubt und zudem zu kleineren und damit preiswerteren Geräten führt. Die Strahlentherapie soll damit effektiver werden und mehr Patienten zugute kommen (s. Forschungsbereich D).