15.01.2026

Erstmals „Spikes“ im Synchrotronlicht direkt beobachtet

Transversale Intensitätsschwankungen verraten die Größe der Röntgenlicht erzeugenden Elektronenwolken in den Undulatoren.

Obwohl Synchrotronstrahlung oft als räumlich weitgehend homogen angesehen wird, weist dessen elektromagnetisches Feld in der Regel ausgeprägte Schwankungen auf und zwar sowohl zeitlich als auch räumlich. Die Intensitätsspitzen enthalten Informationen über die Eigenschaften der Elektronenpakete, die das Röntgenlicht erzeugen. Ein Team um Andrei Trebushinin und Svitozar Serkez von European XFEL hat diese Schwankungen nun erstmals genutzt, um störungsfrei die Größe des Elektronenstrahls in einzelnen Segmenten eines Undulators zu messen. Bei Röntgenlasern wie dem European XFEL bestehen die Undulatoren aus zahlreichen fünf Meter langen Segmenten. Aneinandergereiht bilden sie eine zum Teil mehr als zweihundert Meter lange Magnetstruktur.

Messung der Intensitätsmuster an einem einzelnen Undulatorsegment. Die ermittelte Größe des Elektronenpakets beträgt horizontal 16,8 ± 0,4 μm und vertikal 26 ± 0,3 μm.

Synchrotronlicht weist gezackte Intensitätsschwankungen auf, aus denen die Forschenden Informationen über die Form der Elektronenpakete gewinnen können, die das Röntgenlicht erzeugen.

Das Experiment wurde an der SASE1-Beamline des European XFEL unter Verwendung vorhandener Messgeräte durchgeführt: einem Siliziummonochromator und einem bilderzeugenden System. „Die kurzen Elektronenpakete aus unserem Linearbeschleuniger sind der Schlüssel“, erklärt Trebushinin. Die Methode könnte grundsätzlich auch bei Speicherringen angewandt werden. Aufgrund der Länge der Bündel in Speicherringen würde ein solches Gerät jedoch Monochromatoren mit ultrahoher Auflösung erfordern. „Hier können wir das einfach mit dem vorhandenen Gerät unserer Anlage machen“, sagt Trebushinin. Die Informationen werden ausschließlich aus den statistischen Intensitätsschwankungen gewonnen, ähnlich wie beim Hanbury-Brown-Twiss-Experiment zur Messung des Winkeldurchmessers von Sternen, das in den 1950er Jahren die Sternastronomie revolutionierte.

Die Messungen sind wichtig für fortgeschrittene XFEL-Betriebskonzepte wie dem Erzeugen von Attosekundenpulsen, dem Self-Seeding oder dem gleichzeitigen Experimentieren mit zwei unterschiedlichen Röntgenwellenlängen. Die neue Methode ermöglicht eine segmentweise Diagnose und macht die vielfache Installation von Drahtscannern überflüssig. „Dies ist eine beeindruckende Demonstration des statistischen Optikeffekts, der auf das Synchrotronlicht angewandt wird“, erklärt Gianluca Geloni, Gruppenleiter bei European XFEL. Das Forschungsteam umfasste Mitarbeitende von European XFEL und DESY im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprogramms für Freie-Elektronen-Laser. [EuXFEL / dre]