Freie‑Elektronen‑Laser sind Mikroskope für Raum und Zeit zugleich. Ihre extrem intensiven und ultrakurzen Lichtpulse gewähren einerseits Einblick in die Struktur von Atomen, Molekülen, Clustern, Plasmen und Festkörpern auf der Skala von Nanometern. Zusätzlich lassen sich damit extrem schnelle Veränderungen in den Eigenschaften der Materie auf atomaren Zeitskalen verfolgen.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung erkennt die international steigende Bedeutung der Freie‑Elektronen‑Laser für die Grundlagenforschung. Als Maßnahme, die herausragende Position deutscher Gruppen in diesem Forschungsfeld zu sichern, richtete das Ministerium den Forschungsschwerpunkt Freie‑Elektronen‑Laser, FSP‑302, ein. Darin widmen sich 21 universitäre Forschungsgruppen und außeruniversitäre Partner mit gebündelter Expertise dem gemeinsamen Ziel, das wissenschaftliche Potenzial von FLASH, European XFEL und ELBE voll auszuschöpfen.

Wissenschaft

Der FSP‑302 trägt bei zu wissenschaftlichen Erkenntnissen an Freie-Elektronen-Lasern. Höchste Intensitäten und kürzeste Photonenpulse eröffnen der Forschung neue Parameterbereiche und ebnen den Weg für eine ganz neue Klasse von Experimenten. Dazu sind technische und methodische Herausforderungen zu meistern: Hohe Datenraten und neue Messbereiche erfordern angepasste Detektoren; andere Probenmaterialien brauchen spezifische Präparations- und Reaktionskammern; Messungen nichtlinearer Prozesse sowie an extremen Materiezuständen sind erst mit der geeigneten Theorie interpretierbar. Forscherinnen und Forscher aus dem FSP‑302 entwickeln für FEL‑Experimente maßgeschneiderte Methodik, Präparations- und Detektionssysteme. Die Instrumente werden an den Forschungszentren aufgebaut und stehen auch anderen Forschungsgruppen zur Verfügung. Das schafft die Voraussetzungen für exzellente Forschung an Freie-Elektronen-Lasern.

Forschungszentren

Der FSP‑302 entwickelt Freie‑Elektronen‑Laser in Deutschland weiter. An den Standorten Hamburg, Schenefeld und Dresden sind mit FLASH, European XFEL und ELBE Großgeräte mit schon herausragender Pulsqualität vorhanden. Forscherinnen und Forscher aus dem FSP‑302 formen, charakterisieren und verbessern die FEL‑Pulse hinsichtlich Dauer, Synchronisation und zeitlicher Abfolge. In weiteren Projekten statten sie die Strahllinien mit innovativen Instrumenten aus, die die Strahlung aufbereiten oder neue Kategorien von Experimenten möglich machen. Das steigert die Leistungsfähigkeit und Attraktivität der Großgeräte als Experimentierstätten für die wissenschaftliche Gemeinschaft.

Ausbildung

Der FSP‑302 bildet wissenschaftlichen Nachwuchs. Talentierten, jungen Forscherinnen und Forschern bietet der Forschungsschwerpunkt die Möglichkeit, sich im Experimentieren mit und an Freie-Elektronen-Lasern zu qualifizieren. Der Netzwerkcharakter des Verbunds fördert den Transfer von Wissen und Erfahrung. Dadurch werden junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu Experten auf diesem zukunftsfähigen Fachgebiet und sichern so dessen Kontinuität.