DESY

DESY
ドイツ電子シンクロトロン
ロゴ
モットー「物質の解読」
設立1959年12月18日 北緯52.36667度 東経13.61667度
研究分野基礎研究
予算約3億5,900万ユーロ（2024年）
研究分野
ディレクターベアテ・ハイネマン
スタッフ3,000人（さらに年間3,000人以上の客員科学者）
学生約500名の博士課程学生とポスドク
住所Notkestraße 85, 22607 Hamburg , Germany Platanenallee 6, 15738 Zeuthen , ドイツ
位置北緯53度34分33秒 東経9度52分46秒 / 北緯53.57583度 東経9.87944度この場所の地図、航空写真、その他のデータ北緯52度22分00秒 東経13度37分00秒 / ： CS1メンテナンス：ISBN付き作業パラメータ（リンク）カテゴリ:CS1 maint:ISBNによる作業パラメータ
キャンパスハンブルク＝バーレンフェルト、ツォイテン
提携ヘルムホルツ協会
ウェブサイト desy.de
地図
DESYはドイツにあります
DESY
ドイツでの所在地

DESY（Deutsches Elektronen-Synchrotron、英語：German Electron Synchrotron ）は、ドイツのハンブルクとベルリン近郊のツォイテンにある基礎科学のための国立研究センターです。物質の構造、ダイナミクス、機能の研究に使用される粒子加速器を運用し、4つの主要分野（素粒子および高エネルギー物理学、光子科学、天体粒子物理学、粒子加速器の開発、建設、運用）において、幅広い学際的な科学研究を行っています。DESYの名称は、最初のプロジェクトである電子シンクロトロンに由来しています。DESYは、ドイツ連邦共和国とハンブルク・ブランデンブルク州からの公的資金によって運営されており、 ヘルムホルツ協会の会員です

機能と使命

DESYの機能は、民生および平和目的のみの基礎研究を行うことです。粒子加速器の開発、建設、運用、素粒子物理学、天体素粒子物理学、そして物質の構造、ダイナミクス、機能の間の基本的な関係を探求するための光子科学研究を専門としています。パートナー機関と協力し、シンクロトロン放射光と自由電子レーザーを用いて、表面物理学、材料科学、化学、分子生物学、地球物理学、医学にわたる光子科学研究を行っています。[ 1 ] [ 2 ]

DESYは、独自の大型加速器施設の運営に加えて、ドイツの欧州X線自由電子レーザー、スイスの大型ハドロン衝突型加速器、日本のベルII実験、南極のアイスキューブニュートリノ観測所、世界的なチェレンコフ望遠鏡アレイ観測所など、多くの主要な国際研究プロジェクトに参加しています。[ 3 ]

拠点

ハンブルクDESYキャンパスの正面玄関

DESYは2つの拠点で運営されています。主要な拠点はハンブルクのバーレンフェルト地区にあります。 1992年には、ベルリン近郊のツォイテンに2番目の拠点が拡張されました

ハンブルク

DESYハンブルク拠点は、ハンブルク市の西部、アルトナ地区のバーレンフェルト地区にあります。主要な加速器もここに設置されています

ツォイテン

ドイツ再統一後、DESYはベルリン近郊のツォイテンに2番目の拠点を構えて拡張しました。1939年、ドイツ郵政省はそこに原子核物理学研究所を設立しました。第二次世界大戦後、この研究所は当初「研究所X」と名付けられ、その後、高エネルギー物理学研究所（ドイツ語：Institut für Hochenergiephysik IfH ）となり、東ドイツ科学アカデミーに属するドイツ民主共和国の高エネルギー物理学研究所となりました。この研究所は1992年1月1日にDESYと合併しました。この研究所は、理論素粒子物理学のための並列計算、X線レーザー用電子源の開発と構築、そしてガンマ線とニュートリノ天文学に重点を置いた天体素粒子物理学に重点を置いています。[ 4 ]

従業員と研修

DESYは60カ国以上から約3,000人の職員を雇用しています。ほとんどの職員はハンブルク拠点で勤務し、約270人がツォイテン拠点で勤務しています。この数には、様々な産業技術職の研修生130人以上と、DESYの指導を受けている博士課程の学生とポスドク約500人が含まれます。さらに、様々な大学から多数の修士課程の学生がいます。[ 5 ]

予算と資金調達

研究センターは、公的資金によって運営される民法に基づく財団です。2024年のDESYの年間予算は約3億5,900万ユーロでした（ドイツ連邦予算計画に基づく機関資金の一部）。[ 6 ]さらに、約3,200万ユーロのプロジェクト資金収入がありました。年間予算の90%はドイツ連邦研究技術宇宙省から、10%はハンザ都市ハンブルク[ 7 ]とドイツ連邦州ブランデンブルク[ 8 ]からそれぞれ提供されています

粒子加速器などの施設

ハンブルクのDESYキャンパスにあるPETRA III「マックス・フォン・ラウエ」ホールの内部
ハンブルクのDESYキャンパスにあるFLASH2実験ホール
LINAC IIとDESY IIは、PETRA III蓄積リング用の電子前段加速器です。PETRA IIIは、自由電子レーザーFLASHと共に光子科学の光源として機能します。また、DESYキャンパスからシュレースヴィヒ＝ホルシュタイン州シェーネフェルトまで伸びる欧州XFEL X線レーザーも展示されています。

DESYの加速器は一度に全て建設されたわけではなく、粒子構造へのより深い洞察を得るために、科学者の高エネルギー加速器への高まる需要に応えるために、一つずつ追加されました。新しい加速器が建設される過程で、古い加速器は予備加速器や、新たな研究課題を持つ研究室向けのシンクロトロン放射光源に改造されました。

DESY

DESYシンクロトロン（Deutsches Elektronen-Synchrotronの略）は1964年から稼働しています。円周は300mです。1978年まで、素粒子物理学の実験とシンクロトロン放射による最初の測定に使用されました。その後、数回の改修とアップグレードを経て、前段加速器として、また検出器システムの試験用の高エネルギー粒子ビームを供給する試験ビーム施設として機能してきました。[ 9 ]

ドリス

DORIS蓄積リング（Double Ring Storage Facilityの略）は1974年から2013年まで稼働していました。円周は289メートルでした。1992年までは、電子と陽電子を衝突させ、素粒子物理学実験（ARGUS実験を含む）に使用されていました。1980年以降は、DORISで発生したシンクロトロン放射が光子科学実験に使用され、1993年から2012年までは、蓄積リングはシンクロトロン放射源としてのみ機能していました。その後、2012年には素粒子物理学実験「OLYMPUS」が稼働し、2013年初頭にDORISは停止しました。

ペトラ

ペトラ蓄積リング（陽電子・電子タンデムリング加速器の略）は1978年から稼働しています。円周は2,304mです。1986年まで、素粒子物理学の研究（JADE、MARK-J、TASSO、PLUTO実験）のために、電子と陽電子がペトラで衝突していました。1990年以降、ペトラはHERA蓄積リングの前段加速器として、1995年からは2つの試験実験ステーションを備えたシンクロトロン放射源としても機能しました。2009年以降、この施設はペトラIIIの名称で、40以上の実験ステーションに非常に高輝度の硬X線ビームを供給しています。[ 10 ]

HERA

HERA蓄積リング（ハドロン-電子リング加速器の略）は1992年から2007年まで稼働していました。円周は6,336mです。これはDESY最大のリング加速器であり、当時ドイツ最大の研究装置でした。2007年まで、HERAは陽子の内部構造を研究するための素粒子物理学（実験H1、ZEUS、HERMES、HERA-B）のために、電子または陽電子と陽子の衝突を可能にする世界で唯一の 蓄積リング施設でした

フラッシュ

自由電子レーザー（FEL）FLASH（ハンブルク自由電子レーザーの略）は2000年から稼働しています。長さは315mです。1997年にTESLAプロジェクトのために建設された超伝導加速器技術の試験施設をベースとしており、 2005年からは生成されたFEL放射線を用いた実験のためのユーザー施設として機能しています。FLASHは、 7つの実験ステーションに極端紫外線および軟X線領域の超短光パルスを提供するほか、加速器およびFEL技術の開発のための試験施設としても使用されています。[ 11 ]

欧州XFEL加速器

DESYは、高エネルギーX線領域で超短光パルスを生成する国際的な研究施設である欧州XFEL X線自由電子レーザーの1.7km超伝導線形加速器を運用しています。 [ 12 ]

ピッツ

2001年以来、ツォイテンにあるDESY施設には、光入射器試験施設PITZが設置されています。これは、FLASHおよび（2015年以降）欧州XFEL用の電子源の研究、最適化、準備に使用される線形加速器です。[ 13 ]

その他の施設

旧DORIS蓄積リングの建物には現在、加速器研究開発のための様々なインフラストラクチャを備えたSINBAD （DESYの革新的な短バンチと加速器） [ 14 ]加速器複合施設が入居しています。医療用超短電子パルスを用いた加速器研究用の線形加速器ARES、材料科学または医療用画像診断用の超短X線パルスを生成するテラヘルツ駆動加速施設AXSIS、レーザー駆動プラズマ加速の研究用の高出力レーザーKALDERAです

LUX施設は、レーザー駆動プラズマ加速の研究、およびFLASHにおける電子ビーム駆動プラズマ加速のためのFLASHForward実験にも利用されています。相対論的電子ビーム源REGAEは、時間分解回折実験のための超短電子パルスを生成します。

旧HERAストレージリングのトンネルには現在、HERA陽子リングの改造された超伝導双極子磁石を使用して極端に軽い粒子を研究するALPS II実験室が設置されている。 [ 15 ]

コンピューティング

DESYは、学際データ解析施設（IDAF）内のすべての部門の研究に、広範なストレージとコンピューティング能力を提供しています。[ 16 ] [ 17 ]高性能コンピューティング・プラットフォームであるMaxwell HPCクラスターは、光子科学の分析、加速器科学、および運用に利用されています。[ 18 ]ワールドワイドLHCコンピューティング・グリッド（WLCG）の一部として、DESYは大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のATLAS、CMS、LHCb実験用のコンピューティングおよびストレージシステムを提供するTier-2コンピュータセンターを運営しています。さらに、DESYグリッド・インフラストラクチャは、Belle IIやIceCubeなどの他の実験でも使用されています。[ 19 ]素粒子物理学データ分析のための国立分析施設（NAF）によって補完されています。[ 20 ] [ 21 ] IDAFストレージは、 DCacheと汎用並列ファイルシステム（GPFS） を使用して提供されます

研究分野

DESYの研究は、加速器、光子科学、素粒子物理学、天体素粒子物理学の4つの部門に分かれています

自由電子レーザー FLASH および欧州 XFEL X 線レーザーの線形加速器で使用される超伝導共振器は、クリーンルームで加工および組み立てられています。

加速器部門は、DESYとそのパートナーが科学ミッションに使用する加速器施設の基礎技術を開発しています。既存施設の運用と更なる開発（PETRA IVおよびFLASH2020+プロジェクト、欧州XFELの拡張）に加え、新たな加速器概念、特にプラズマ航跡場加速の研究や、超伝導高周波加速技術の改良も重要な活動です。[ 22 ] [ 23 ]

DESYのPETRA IIIシンクロトロン放射源でSARS-CoV-2ウイルスを調査する実験

光子科学部門では、光子を用いて物質の構造、ダイナミクス、機能を研究しています。この目的のため、部門はビームラインの開発、建設、DESY光源PETRA IIIおよびFLASH実験の運用を行っています。毎年、40カ国以上から3,000人以上の研究者（大半は大学関係者ですが、大学以外の研究機関や産業界からも研究者が参加しています）がDESYの光源や実験室で実験を行っています。[ 24 ]研究分野は、物理学、化学、生物学、医学、生命科学、地球科学、材料研究、文化遺産研究など、基礎研究から応用研究、産業界との連携まで多岐にわたります。[ 25 ]

DESY の検出器組立施設 (DAF) では、CERN (ここでは CMS) の LHC 加速器での ATLAS および CMS 実験用に、放射線耐性が高まり、精度が向上する新しいシリコン追跡検出器が製造されています。

素粒子物理学部門は、ジュネーブ近郊の欧州原子核研究機構（ CERN ）にある大型ハドロン衝突型加速器（LHC）における大規模実験に携わっています。ATLAS実験およびCMS実験を運営する国際協力の一環として、DESYはLHCのハードウェア設計、データ解析から計画されているアップグレードの準備まで、LHCの多くの開発に貢献しています。DESYはまた、筑波にある高エネルギー加速器研究機構（KEK）の電子陽電子衝突型加速器SuperKEKBにおけるBelle II実験、および将来の電子陽電子線形衝突型加速器の開発にも参加しています。また、理論素粒子物理学にも積極的に取り組んでいます。[ 26 ] [ 27 ]

DESY は、南極のニュートリノ観測所 IceCube 用のデジタル光学モジュールの大部分を製造しています。

宇宙粒子物理学部門は、宇宙における高エネルギー過程を研究しています。検出器と望遠鏡を用いて、宇宙からのニュートリノとガンマ線を分析し、ブラックホール、恒星の爆発、超高強度の放射線バーストといった宇宙現象に関する情報を提供します。この目的のため、DESYはMAGIC、HESS、VERITASといったガンマ線望遠鏡に加え、フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡にも関与しており、計画中のチェレンコフ望遠鏡アレイ観測所（CTAO）にも貢献しています。DESYは、南極にあるアイスキューブ・ニュートリノ観測所において、世界で2番目に大きなパートナーです。 [ 28 ] [ 29 ]

歴史

1984年ドイツ郵便切手 - DESY設立25周年

DESYは1959年12月18日にハンブルクで設立されました。[ 30 ]定款によると、DESYの使命は「[...]特に光子科学、素粒子物理学および天体素粒子物理学の分野における加速器の開発、建設、運用とその科学的利用、ならびにこれらに関連する研究開発活動を通じて、基礎科学研究を促進すること」です。[ 31 ]

DESYの旧電子陽電子蓄積リングDORISのARGUS検出器
1979 年、DESY の電子・陽電子蓄積リング PETRA での素粒子物理学実験により、強い力の伝令粒子であるグルーオンが発見されました。

1959年から2007年まで、DESY加速器は主に素粒子物理学の研究に使用されていました。当初はDESY電子シンクロトロン（1964年～現在）が使用され、その後DORIS（二重リング貯蔵施設、1974年～1992年）、PETRA（陽電子タンデムリング施設、1978年～現在）、HERA（ハドロン電子リング加速器、1992年～2007年）が建設されました。1987年、 DORISのARGUS実験は、 B中間子の大規模な混合、すなわち物質と反物質の挙動が異なるプロセスを初めて観測しました。[ 30 ] [ 32 ] PETRAでのTASSO、JADE、MARK-J、PLUTO実験で最も重要な発見は、1979年に強い力のメッセンジャー粒子であるグルーオンを検出したことである。 [ 30 ] 1990年から、PETRAは、 4つの実験H1、ZEUS、HERMES、HERA-Bを備えたさらに大きなストレージリングHERAの前身となる加速器としての役割を果たした。 HERAは、陽子が電子または陽電子と衝突する世界で唯一のストレージリング施設であった。これらの衝突では、点状の電子がプローブのように機能し、陽子の内部構造をスキャンして高解像度で可視化した。 HERAによる陽子内部の正確な洞察は、特に欧州原子核研究機構（ CERN ）の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）での数多くの他の素粒子物理学実験や、理論素粒子物理学の多くの発展の基礎となった。[ 30 ] [ 33 ]

ハンブルクのDESYキャンパスにあるシンクロトロン放射源PETRA IIIの「マックス・フォン・ラウエ」実験ホール

並行して、早くも 1960 年代には、DESY、様々な大学、マックス プランク協会の研究グループが、加速器によって生成されるシンクロトロン放射を利用する技術を開発しました。 [ 34 ]国内および欧州の需要の急増に対応するため、DESY は独自の大規模な研究所、ハンブルク シンクロトロン放射研究所 HASYLAB を設立し、1980 年に開設しました。[ 35 ]この研究所は DORIS に測定ステーションを提供し、イスラエルの生化学者アダ ヨナット(2009 年ノーベル化学賞受賞)はここで1986 年から 2004 年にかけてリボソームの解読につながる実験を行いました。[ 30 ] [ 32 ] 1995 年からは、シンクロトロン放射と粒子物理学の両方の実験が PETRA で実施されました。 2009年、PETRA施設は硬X線専用のシンクロトロン放射源（PETRA III）としてアップグレードされました。[ 30 ]現在、PETRA IIIは40以上の実験ステーションにサービスを提供しており、PETRA IV 3D X線顕微鏡への拡張が計画されています。[ 36 ] [ 37 ] 2013年初頭のDORISの閉鎖に伴い、HASYLABという名前は放棄され、DESYの光源の使用はそれ以来、同社の光子科学部門で行われています。

DESY の自由電子レーザー FLASH では、電子がアンジュレータ (黄色) と呼ばれる特殊な磁気配置を通過する際に、軟 X 線範囲のレーザー光を生成します。

1990年代初頭、DESYは新しい技術の開発に着手した。それは、液体ヘリウムで約2 K（-271 °C）に冷却されるニオブ製の超伝導空洞に基づく高周波加速器技術である。この基盤に基づく最初の加速器は、 X線レーザー光の自己増幅自然放出（SASE）の原理を試験するためのDESYの超伝導線形加速器の試験施設であった。[ 38 ] SASE理論は1980年以降、DESYとロシア、イタリア、米国の研究所で開発され、改良された。[ 39 ] 2000年から2001年にかけて、DESYの試験施設は、真空紫外線と軟X線の範囲で光フラッシュを生成する世界初の自由電子レーザーであった。[ 38 ]現在、FLASH施設は、7つの実験ステーションのために軟X線の範囲で超短光パルスを生成している。[ 40 ] 2020年以降、放射線の特性をさらに最適化するために拡張されました（FLASH2020+プロジェクト）。[ 41 ]

2009年から2016年にかけて、DESYを中心とする国際コンソーシアムは、欧州X線自由電子レーザー（European XFEL）を開発しました。この国際研究施設は、欧州12カ国が株主となり、非営利法人であるEuropean XFEL GmbHによって運営されています。施設の中核を成すのは、長さ1.7kmの超伝導線形加速器です。電子エネルギーは17.5GeVで、これは現在世界最強の超伝導線形加速器です。DESYはEuropean XFEL GmbHに代わってこの加速器を運用しています。[ 42 ] [ 43 ]

2010年以来、DESYは従来の加速器技術の代替としてプラズマベースの加速器技術（レーザー駆動と電子ビーム駆動の両方）の開発に取り組んでおり、光子科学、素粒子物理学、医療、産業用途向けの小型加速器の実現を目指しています。[ 44 ]

DESY理事会の議長

DESYは、4つの部門（加速器、光子科学、素粒子物理学、天体素粒子物理学）の部門長と事務局長、そしてイノベーション担当局長で構成される局長によって運営されている。これまでの局長は以下の通りである。[ 30 ]

共同研究センター

ハンブルクの自由電子レーザー科学センター（CFEL）内部

ハンブルクのDESYキャンパスには、DESYが参加している国内外のセンターがいくつか設置されています。これらは以下の通りです。[ 47 ]

  • 自由電子レーザー科学センター（CFEL）：自由電子レーザーおよび光レーザーを用いた超高速現象の探究、極限条件下での光物質相互作用の研究
  • 構造システム生物学センター（CSSB）：ウイルス、細菌、寄生虫の分子レベルでの感染プロセスを研究する構造システム生物学
  • X線ナノ科学センター（CXNS）：X線および補完的手法による凝縮物質の研究、高解像度X線イメージング、材料プロセスの分析

知識と技術の移転

DESY、ハンブルク大学、自由ハンザ都市ハンブルクのイノベーション センターである Start-up Labs Bahrenfeld が 2021 年 9 月にオープンしました。

DESYは、スタートアップ企業の育成と基礎研究のノウハウの応用化を目指しています。民間企業に対し、産業界専用の光源や研究所へのアクセスなど、産業課題への対応支援を提供し、基礎研究に基づくアイデア、応用、製品の開発に取り組んでいます。また、ハンブルクおよびブランデンブルク州においてDESYの技術を基盤としたスタートアップ企業を設立する従業員を支援しています。DESYは、ハンブルク大学およびハンザ自由都市ハンブルクと共同で設立されたDESYイノベーション・ビレッジおよびスタートアップ・ラボ・バーレンフェルトのオフィス、研究所、ワークショップへのアクセスをスタートアップ企業に提供しています。

参考文献

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  47. ^ドイツ連邦教育研究省（BMBF）： Deutsches Elektronen-Synchrotron – DESY（Wayback Machineで2023年1月24日にアーカイブ）。www.bmbf.de。2022年12月23日閲覧（ドイツ語）。
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