Im Slalom durch bewegte Zeiten

Da stehe ich mal wieder – in einer grauen Betonröhre mit über fünf Metern Durchmesser, fast dreißig Meter unter der Erde im Hamburger Stadtteil Bahrenfeld, am Anfang des zwei Kilometer langen Beschleuniger­tunnels des European XFEL. Es ist Wartungs­zeit, zweimal im Jahr wird die Anlage für zwei bis vier Wochen abgeschaltet, um Wartungen und Neuinstallationen durchzuführen. Dann wird es voll in den vielen unterirdischen und ansonsten gesperrten Bauwerken.

Vor zehn Jahren sind die insgesamt acht Tunnel fertiggestellt worden, danach wurde in einer fünfjährigen Kraft­anstrengung der Beschleuniger gebaut und installiert. Ein echtes europäisches Projekt mit wesentlichen Beiträgen von vielen Partnern – auch aus Russland.

Die gelben Röhren neben mir sind das Herz der Anlage, die supraleitenden Beschleuniger­module. Seit Weihnachten 2016 auf 2 K gekühlt, erlauben sie es, Elektronen auf 17,5 GeV zu beschleunigen. Zwei Kilometer weiter in Richtung Westen werden die Elektronenpakete in 200 m langen Magnetstrukturen, den sogenannten Undulatoren, auf eine Slalombahn abgelenkt, um dabei mit den von ihnen selbst abgestrahlten Photonen wechselzuwirken und kohärente Röntgen­strahlung zu erzeugen. Damit das klappt, muss das Elektronen­paket in allen Raumrichtungen extrem komprimiert werden. „Das ist doch gerade das Spannende“, hat ein Kollege vor bald zwanzig Jahren während der Designphase mal gesagt: „Wir quetschen die Elektronen gerade soweit zusammen, dass sie uns nicht um die Ohren fliegen.“

Kling kompliziert – ist es auch. Über zehn Millionen Variablen werden allein im Kontrollsystem des Beschleunigers überwacht und teilweise 100 000-mal pro Sekunde ausgelesen und abgespeichert. Die mit der Röntgenstrahlung durchgeführten Experimente sind nicht minder komplex, wie die in diesem Heft von Marius Schmidt sowie von Markus Ilchen, Wofram Helml, Michael Meyer und Reinhard Kienberger vorgestellten Beispiele zeigen.

Auf dem Weg zu den ersten Experimenten im Jahr 2017 haben wir viel gelernt. Vieles funktionierte so wie in den jahrelangen Vorstudien erdacht und simuliert, manches aber auch ganz anders.  Überraschend war zum Beispiel, als zu Anfang jedes Mal, wenn die Elektronen­strahlleistung erhöht wurde, ein Rauchalarmmelder im Tunnel anschlug. Es war Fehlalarm, aber um das festzustellen, rückte jedes Mal die freiwillige Feuerwehr der Stadt Schenefeld – dem Standort der Experimentierhallen – aus. Wissenschafts­vermittlung der besonderen Art.

Seit 2019 ist der volle Experimentierbetrieb an allen sechs installierten Experimentierstationen möglich. Jetzt geht es richtig los, dachten wir. Und dann kamen Corona, Lock-Downs, Reisebeschränkungen, reduziertes Betriebs­personal. Der Fernzugriff auf Beschleuniger und Experimente wurde aus dem Boden gestampft. Wir erlebten zwei schwierige Jahre, aber auch mit vielen Erfolgen für die noch junge Anlage. 2022 sollte nun alles besser werden – aber dann kam der Krieg Russlands gegen die Ukraine. Als Folge wurden jahrzehntealte institutionelle und auch persönliche Beziehungen auf Eis gelegt oder ganz gekappt. Kolleginnen und Kollegen mit Wurzeln in Russland oder der Ukraine sind schockiert und ratlos, häufig direkt persönlich betroffen.

Die Welt scheint sich gerade rasant zu ändern. Was heißt das eigentlich für eine Groß­forschungs­anlage, deren Planungshorizonte eher in Dekaden gemessen werden?  Obwohl die drängenden Fragen dieser Epoche vor allem auf der politischen Ebene gelöst werden müssen, wird der European XFEL seinen Beitrag leisten können – und müssen. Nicht nur bei der Beantwortung wissenschaftlich-technischer Fragestellungen, sondern auch als Beispiel für die Möglichkeit der friedlichen internationalen Zusammenarbeit.

Es ist langsam Feierabend. Mitarbeitende kommen mit ihren Fahrrädern von ihren Arbeitsstellen. Alle spezialisiert auf ihren Gebieten, hochmotiviert und engagiert, um den European XFEL für die nächsten Nutzerinnen und Nutzer in einigen Wochen fit zu machen. Ein letzter Blick in den Tunnel – Wahnsinn, was die Menschen gemeinsam zustande bringen können, wenn sie eine Idee teilen.

Winfried Decking / DE

Weitere Infos

• M. Ilchen et al.: Freie-Elektronen-Laser bringen Licht in den Auger-Prozess – Elektronendynamik im Röntgenblick, Physik in unserer Zeit 53(5), 220 (2022); DOI: https://doi.org/10.1002/piuz.202201643
• M. Schmidt: Gefilmte Proteindynamik – Zeitaufgelöste Strukturanalyse mit ultrakurzen Röntgenpulsen, Physik in unserer Zeit 53(5), 228 (2022); DOI: https://doi.org/10.1002/piuz.202201646
• September-Ausgabe von „Physik in unserer Zeit“