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Wissenschaftliche Mitglieder
Professoren
Dr. Volker Blobel; Dr. Friedrich-Wilhelm Büßer; Dr. Erich Gerdau; Dr. Götz Heinzelmann; Dr. Willibald Jentschke (em.); Dr. Robert L. Johnson; Dr. Robert Klanner; Dr. Christof Kunz; Dr. Erich Lohrmann; Dr. Beate Naroska; Dr. Walter Schmidt-Parzefall; Dr. Peter Schmüser; Dr. Herwig Schopper (em.); Dr. Bernd Sonntag; Dr. Hartwig Spitzer; Dr. Peter Stähelin (em.); Dr. Albrecht Wagner; Dr. Gustav Weber (em.); Dr. Björn Wiik; Dr. Georg Zimmerer
Dozenten
Dr. Günter Poelz; Dr. Hans Dierk Rüter
Hochschulassistenten/Assistenten/wiss. Mitarbeiter
Silhacène Aid (bis Juli 96); Jan Becker; Andreas Bulla; Lars Büngener; Thomas Dohrmann; Dirk Düllmann; Olaf Dünger; Reinhard Eckmann; Arndt Boris Fahr; Gerald Falkenberg; Dirk Feeken (bis Aug. 95); Jan Friedrich; Andreas Gellrich; Martin Gerken; Volker Haustein; Dieter Horstmann; Joachim Jäschke; Marco Kirm; Lee Min Kiu; Claus Kleinwort (bis Aug. 96); Martin Kollewe; Bernd Koppitz; Reinhard Kosuch; Henric Krawczynski; Hartmut Kuipers; Olaf Leupold; Axel Lindner; Lothar Linowsky; Jörg Lipinski; Lars Lottermoser; Oliver Mai; Günter Martin; Arndt Meyer; Michael Moll; Friedrich Niebergall; Nicolai Pavel; Jürgen Prahl; Marc Pretorius; Albrecht Ranck; Robert Reiner; Stefan Rieß; Angela Rohde; André Röhring; Marion Runne; Stephan Schiek; Dirk Schmele; Guido Schmidt; Walter Schott; Angela Schröder; Lorenz Seehofer-Polz; Dr. Yuri Shvyd'ko; Barbara Steeg; Maren Steenbock; Jörg Steinhart; Dirk Varding; Andreas Verweyen; Hans-Joachim Voß; Volker Wedemeier; Rafael Wiemker; Carsten Wittek; Frank Zetsche; Jan Helge Zeysing; Thomas van Gemmeren; Rolf van Staa; Rüdiger von Pietrowski; Andreas von dem Borne
Gastwissenschaftler
Dr. A. (Israel) Seidmann (seit Okt. 96)
Allgemeiner Überblick
Der Schwerpunkt der Arbeiten am II. Institut für Experimentalphysik bildet Forschung unter Verwendung großer Beschleuniger-Anlagen. Hierbei werden vor allem die einzigartig guten Arbeitsbedingungen genutzt, die durch das Forschungszentrum DESY gegeben sind.
Für die Forschung auf dem Gebiet der Elementarteilchenphysik (Hochenergiephysik) steht der Elektron-Proton-Speicherring HERA, mit einem Umfang von 6,3 km die größte Anlage der Welt dieser Art, zur Verfügung. Die Messungen haben 1992 begonnen und werden ein Jahrzehnt in Anspruch nehmen. Aufgrund der hohen Energien des HERA Speicherrings stoßen sie in physikalisches Neuland vor.
Für die Forschung mit Synchrotronstrahlung wird der Elektronen- (Positronen)-Speicherring DORIS betrieben. In den letzten Jahren wurde der Speicherring mit zehn Wigglern und Undulatoren ausgerüstet, die Quellen besonders intensiver Strahlung sind. Im Hamburger Synchrotronstrahlungslabor HASYLAB wird diese Strahlung an ca. 40 Meßplätzen genutzt.
Die Forschungsprojekte des II. Instituts für Experimentalphysik werden im Rahmen von großen internationalen Kollaborationen durchgeführt. Außer der Nutzung der Forschungsmöglichkeiten bei DESY wird am II. Institut für Experimentalphysik auch an einigen weiteren Forschungsprojekten gearbeitet.
Forschungsschwerpunkte
- Elementarteilchenphysik (Hochenergiephysik) und Beschleuniger-Entwicklung
Ziel der Elementarteilchenphysik ist die Erforschung der kleinsten fundamentalen Bausteine der Natur und ihrer Wechselwirkungen. Das Arbeitsgebiet hat während seines kurzen Bestehens eindrucksvolle Erfolge erzielt. Eine neue Ebene von Bausteinen der Natur wurde entdeckt und erforscht, die Welt der Quarks, die zur Aufstellung des sogenannten "Standard-Modells" führte. Danach bestehen die elementaren Bausteine aller Materie aus 6 Quark- und 6 Leptonsorten. Die Kräfte zwischen ihnen bestimmen die Dynamik des Geschehens; sie lassen sich auf ein einheitliches Prinzip, das Eichprinzip zurückführen. Die Kräfte und ihre Feldquanten sind weitgehend verstanden. Es ist zur Zeit keine experimentelle Tatsache bekannt, welche dem Standard-Modell widerspricht. Damit hat man ein einheitliches, geschlossenes physikalisches Weltbild von großer mathematischer Klarheit erhalten. Zahlreiche fundamentale Fragen, z.B. im Zusammenhang mit der Gravitation und der Erklärung des Massenspektrums der Teilchen sind allerdings offen. Die aktuelle Forschung unterzieht das Standard-Modell empfindlichen Tests, untersucht seine Grenzen und sucht nach Phänomenen außerhalb seiner Gültigkeit.
Die Arbeiten gliedern sich in folgende Arbeitsgebiete:
- Physik mit dem ZEUS-Detektor an HERA
Die Arbeitsgruppe beteiligt sich an der physikalischen Auswertung der Daten sowie an der instrumentellen Weiterentwicklung des Detektors (Si-Technologie, Kalorimeter, fortgeschrittene Methoden der Datenverarbeitung, Messung der Polarisation).
- Physik mit dem H1-Detektor an HERA
Die Arbeitsgruppe beteiligt sich an dem Physikprogramm des H1-Detektors, der für die genaue Ausmessung hochenergetischer Teilchen und Teilchenbündel ausgelegt ist. Ziele des mehrjährigen Physikprogramms sind die Untersuchung der Struktur des Protons, des Gluons und des Photons, die Suche nach neuartigen Teilchen sowie Tests der Dynamik der starken und elektroschwachen Wechselwirkung.
- Physik mit dem Detektor HERA-B
Dieses Experiment nutzt den Protonenstrahl von HERA und ist zur Zeit im Aufbau begriffen. Forschungsziel ist die Physik schwerer Quarks. Dabei geht es vor allem um Untersuchungen zur Umwandlung von Teilchen in ihre Antiteilchen und die Symmetrie-Brechung zwischen Teilchen und Antiteilchen.
- Physik mit dem OPAL-Detektor am Speicherring LEP (CERN)
Das Opal-Experiment ist eines von vier Großexperimenten am e+-e--Speicherring LEP bei CERN in Genf. Hauptarbeitsgebiet der Hamburger OPAL-Gruppe ist die Analyse der Erzeugung und des Zerfalls schwerer Quarks (c,b).
- Beschleuniger-Entwicklung
Fortschritt in der Entwicklung der Beschleuniger ist eine entscheidende Voraussetzung für ein weiterhin erfolgreiches Forschungsprogramm.
Das II. Institut für Experimentalphysik ist an der Leitung von Projekten zur Entwicklung neuer Beschleunigertechnologien beteiligt. Für den Speicherring HERA wurden supraleitende Magnete entwickelt und zur Fertigungsreife gebracht. Neuere Entwicklungen betreffen supraleitende Resonatoren für Linearbeschleuniger und theoretische Arbeiten zur Dynamik von Teilchenbeschleunigern. Diese Arbeiten finden in der internationalen Kollaboration TESLA statt, die eine Projektstudie für einen Linearbeschleuniger mit mehr als 10 km Länge durchführt, mit dem Ziel, ein Zukunftsprojekt für DESY zu definieren.
- Physik mit Synchrotronstrahlung
Der Elektronen- (Positronen-) Speicherring DORIS bei DESY ist eine Quelle intensiver Synchrotronstrahlung, die sich vom Ultraviolett bis zum Bereich der Röntgenstrahlen erstreckt. Es gibt eine fast unendliche Zahl von Fragestellungen, die mit dieser Strahlung untersucht werden können. Die Strahlung wird genutzt in der Medizin z.B. zur Durchleuchtung von Herzkranzgefäßen, in der Zellteilung, in der Chemie z.B. zur Erforschung des Ablaufs von Reaktionen und selbstverständlich in der Physik z.B. zur Verkleinerung von Strukturen auf Elektronik-Chips oder zum Studium von Festkörpern, Oberflächen, Supraleitern, Atomen und Molekülen.
Professoren des II. Instituts für Experimentalphysik sind Leiter verschiedener Forschungsgruppen, die mit der Synchrotronstrahlung arbeiten.
- Hyperfeinwechselwirkungen
Die Forschungsarbeiten der Gruppen betreffen die Beobachtung kohärenter nuklearer Beugung und Entwicklung der dazu erforderlichen experimentellen Techniken. Das Gebiet vereinigt die attraktiven Eigenschaften der Synchrotronstrahlung mit den einzigartigen Eigenschaften des Mößbauereffektes. Es gelingt, Strahlung zu erzeugen, die mit der nuklearen Resonanzbreite von 5-10 neV um einen Faktor 
106 monochromatischer ist als die schmalsten energetischen Bandbreiten, die durch Streuung an Elektronen erhältlich sind. Das Forschungsgebiet wurde vor 10 Jahren von der Hamburger Gruppe eröffnet und hat sich seither weltweit dynamisch entwickelt. Das experimentelle Programm der Gruppe konzentriert sich derzeit hauptsächlich auf die Durchführung von Experimenten, mit denen die vielfältigen möglichen Anwendungen der neuen Technik gezeigt werden sollen.
- Röntgenoberflächenbeugung und Rastertunnelmikroskopie
Oberflächen von Festkörpern können mit Synchrotronstrahlung und durch die dazu komplementäre Technik der Rastertunnelmikroskopie untersucht werden. Die Verbindung beider Techniken erlaubt einzigartige Experimente. Die Arbeitsgruppe ist zur Zeit weltweit die einzige, die die gleichen Proben mit Röntgenoberflächenbeugung, Rastertunnelmikroskopie und Photoemissionsspektroskopie untersucht. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt bei der Untersuchung von Halbleiteroberflächen und Hochtemperatursupraleitern.
- Röntgenmikroskopie
Röntgenmikroskopie ist ein alter Wissenschaftstraum, dessen Realisierbarkeit durch die Nutzung der Synchrotronstrahlung möglich geworden ist. Hier wird der Weg beschritten, die Strahlung in einem mikroskopischen Fleck auf die Probenoberfläche zu fokussieren und diese abzurastern. Die unterschiedlichen, durch die Strahlung ausgelösten Sekundärprozesse führen zu Bildern mit unterschiedlichem Kontrast. Daraus lassen sich Aussagen über die chemische Zusammensetzung und den Bindungstyp an strukturierten Proben gewinnen. Außerdem lassen sich kleine Proben und kleine Probenbereiche mikroskopisch untersuchen.
- Atomspektroskopie
Monochromatisierte Synchrotronstrahlung ist hervorragend geeignet, um Elektronen aus den inneren Schalen freier Atome anzuregen. Erzeugung und Zerfall dieser hochangeregten Atomzustände werden mit Hilfe der Absorptions-, Ionen-, Elektronen- und Fluoreszenzspektroskopie untersucht. Durch Bestimmung der Energie- und Winkelverteilung der auslaufenden Teilchen und durch Präparation der Atome in definierten Ausgangszuständen können sehr genaue Aussagen über Mehrelektroneneffekte, die sich in deutlichen Abweichungen von den Vorhersagen der Modelle unabhängiger Elektronen manifestieren, gewonnen werden.
- Lumineszenz- und Desorptionsspektroskopie
Die Lumineszenzspektroskopie ist eine sowohl grundlagen- als auch anwendungsorientierte Meßmethode, mit der strahlende Zerfälle elektronischer Festkörperanregungen untersucht werden. Die Synchrotronstrahlung wird zur zustandselektiven primären Anregung der Proben benutzt. Einer der Schwerpunkte ist die Untersuchung der Exzitonendymanik in Isolatoren. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die exziton-induzierte Desorption von Atomen. Die lumineszenzspektroskopische Charakterisierung von Laserkristallen und von neuartigen Szintillaroen bilden einen weiteren Schwerpunkt.
- Astrophysik mit kosmischer Gammastrahlung
Hochenergetische Gammastrahlung und geladene kosmische Strahlung, die auf die Erdatmosphäre treffen, erzeugen sogenannte Luftschauer, die mit denselben experimentellen Techniken und Geräten nachgewiesen werden können, wie sie für die Elementarteilchenphysik entwickelt worden sind. Das II Institut für Experimentalphysik ist an dem Experiment HEGRA beteiligt, das auf der kanarischen Insel La Palma betrieben und weiter ausgebaut wird. Meßziele sind unter anderem: Suche nach kosmischen Punktquellen (kosmischen Beschleunigern, Supernovareste), Gammastrahlung kosmischen Ursprungs und die chemische Komposition der geladenen kosmischen Strahlung.
- Naturwissenschaft und Internationale Sicherheit
Die Arbeitsgruppe untersucht Fragestellungen aus dem Grenzbereich zwischen den Naturwissenschaften und internationaler Sicherheit in interdisziplinären Forschungsprojekten. Zur Zeit werden folgende Themen bearbeitet:
Wissenschaftliche Zusammenarbeit
Armenien:
Anwendung in der Praxis
Bei den meisten Vorhaben handelt es sich um reine Forschungsprojekte, so daß über eine Verwertung der Forschungsergebnisse keine Informationen gegeben werden können. Die Anforderungen an die Technik für alle Forschungsvorhaben sind äußerst hoch und fordern eine gute Zusammenarbeit mit den verschiedensten Zweigen der Industrie. Dies trifft vor allem für die Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der supraleitenden Magnete für HERA zu.
Technische Ausstattung
Das Institut profitiert viel durch seine enge Zusammenarbeit mit DESY.
Ausstattungsmängel
Die Forschungsprojekte wurden überwiegend durch Drittmittel und nur zu einem geringen Teil aus Mitteln der Universität Hamburg finanziert. Um die Universität und das Land Hamburg zu einem angemessenen Beitrag zur Finanzierung zu bewegen, drohen die Drittmittelgeber damit, zukünftig ihren Beitrag nach Höhe des Landesbeitrages zu bemessen. Diese Drohung wurde bereits dadurch wahrgemacht, daß inzwischen vier Drittmittelgeber-Dauerstellen nicht weiter vom Drittmittelgeber finanziert werden und zu Unterbringungsfällen für die Universität wurden. Ohne eine Erhöhung der eigenen Investition zur Stimulierung des Einwerbens von Drittmitteln wird das Land Hamburg zukünftig weniger als bisher von Fremdmitteln profitieren können.
Drittmittel 1996
| Fördereinrichtung | Betrag |
| BMBF | 3.518.179 |
| VW-Stiftung | 446.600 |
| DAAD | 14.700 |
| EG | 170.000 |
| ESRF | 67.800 |
| Gesamtförderung | 4.217.279 |
Periodische Veröffentlichungen
"Jahresbericht" des II. Instituts für Experimentalphysik
Forschungsprojekte
| 12.060.01 | Experimente mit dem H1-Detektor bei HERA zur tiefenelastischen Elektron-Protonstreuung bei hohen Energien; Datennahme und Weiterentwicklung des Detektors |
| 12.060.02 | Hochauflösende kernresonante Streuung von Synchrotronstrahlung: Methodisch apparative Entwicklung und Erprobung neuer Techniken in exemplarischen Experimenten. |
| 12.060.03 | HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy) - Messung von Luftschauern zur Identifikation und Untersuchung von kosmischen gamma-Quellen im 1012 eV Energiebereich und zur Bestimmung des Energiespektrums und der Komposition der geladenen kosmischen Strahlung im Energiebereich um 1015 eV. |
| 12.060.04 | Rastertunnelmikroskop für Mikrostruktur-Charakterisierung von Halbleiter- und Metall-Oberflächen |
| 12.060.05 | Messung von Elektron-Proton-Wechselwirkungen mit dem ZEUS Detektor am HERA Speicherring |
| 12.060.06 | Mikrospektroskopie und Spektromikroskopie an strukturierten Halbleitern |
| 12.060.07 | Rastermikroskopie mit weicher Röntgenstrahlung |
| 12.060.08 | Bestimmung optischer Grunddaten im weichen Röntgengebiet |
| 12.060.09 | Elektronische Struktur von Edelgasclustern |
| 12.060.10 | ARGUS, e+e--Reaktionen am Speicherring DORIS bei DESY, Physik schwerer Quarks und Leptonen |
| 12.060.11 | HERA-B - Ein Experiment zur Beobachtung der Materie - Antimaterie Symmetrieverletzung bei B-Mesonen |
| 12.060.12 | Duale Laserspektroskopie (Dual Laser Spectroscopy) |
| 12.060.13 | Untersuchung der Struktur und Dynamik von Atomen und Ionen durch Innerschalen-Anregungen |
| 12.060.14 | Laserplasma-Spektroskopie |
| 12.060.15 | Photoionisationsexperimente an ausgerichteten oder orientierten Metallatomen mit kombinierter Laser- und Synchrotronstrahlungsanregung |
| 12.060.16 | Untersuchung der XUV-Anregungs- und Zerfallskanäle freier Metallatome und molekularer Metallverbindungen |
| 12.060.17 | Ausweitung des Abkommens über Gegenseitige Luftinspektion als ein Beitrag zur Europäischen Sicherheit - Politische Perspektiven und Technische Möglichkeiten (Extension of the Open Skies Treaty as a Contribution to European Security - Political Perspectives and Technical Options) |
| 12.060.18 | Abrüstung und Stabilität in Europa - Naturwissenschaftliche Forschungsbeiträge |
| 12.060.19 | Analyse von Daten des OPAL-Detektors am LEP.; CERN: Physik schwerer Quarks |
| 12.060.20 | Untersuchung der Eignung von CVD-Diamanten als Detektoren für minimal ionisierende Teilchen |
| 12.060.21 | Elektronische Relaxation, Thermalisierung und strahlende Rekombination photogenerierter Ladungsträger in Edelgasfestkörpern |
| 12.060.22 | Weiterentwicklung des SUPERLUMI Meßplatzes und Lumineszenzspektroskopie an Szintillatoren und Laserkristallen |
| 12.060.23 | Exziton-Gitter-Wechselwirkung von Valenz- und Rumpfexzitonen in reinen und dotierten Isolatoren |
| 12.060.24 | Untersuchung der elektronischen Struktur und der Zerfallsprozesse von Edelgasclustern |
