PARTICLE PHYSICS

Das Plasma-Beschleunigerprojekt FLASHForward hat im Januar einen wichtigen Meilenstein erreicht: Der Hochleistungslaser der Anlage, der im späteren Betrieb die Formung des Plasmas bei FLASH kontrollieren wird, hat erstmals selbst Elektronenpakete in einer Plasmazelle beschleunigt. Die Wissenschaftlergruppe um DESY-Forscher Jens Osterhoff zündete dafür mit dem Laser ein Plasma, aus dem heraus Elektronen auf wenigen Millimetern Strecke auf etwa 100 Mega-Elektronenvolt Energie gebracht wurden. Damit können die Forscher wichtige Vorexperimente zu dem geplanten strahlgetriebenen Plasma-Experiment machen. Ab der zweiten Jahreshälfte wollen sie mit FLASHForward die Möglichkeit testen, mit dem Elektronenstrahl aus dem FLASH-Teilchenbeschleuniger in einer Plasmazelle ein Plasma zu erzeugen, in dem dann weitere Elektronenpakete aus FLASH oder Elektronenpakete, die im Plasma selbst entstehen, beschleunigt werden.

„Die jetzt mit dem Laser in der Plasmazelle beschleunigten Elektronenpakete haben in vielen Aspekten ganz ähnliche Eigenschaften wie die, die wir später bei FLASHForward mit Hilfe des FLASH Strahls beschleunigen wollen“, erklärt Projektleiter Jens Osterhoff. „Damit sind wir jetzt in der Lage, unsere speziellen Diagnoseinstrumente zu testen, bevor wir sie im Sommer in die FLASH-Anlage integrieren.“ Die Diagnostik von FLASHForward wird mit hohen Anforderungen konfrontiert. Die Forscher rechnen damit, Elektronenpakete von nur einigen Pico-Coulomb Ladungsmenge, tausendmal weniger als die im European XFEL, und Bunchdauern im Bereich von Femtosekunden auflösen zu müssen. Außerdem müssen die Instrumente einen elektromagnetischen Schock aushalten können, der beim Zünden des Plasmas entsteht.

FLASHForward ist ein Projekt zur Erprobung der Plasma-Wakefield-Beschleunigung. In einem Plasma können elektrische Feldstärken entstehen, die tausendfach höher sind als die in konventionellen Teilchenbeschleunigern. Weltweit testen Forscher, ob sich diese für eine äußerst effiziente Teilchenbeschleunigung nutzen und zu sehr kompakten Teilchenbeschleunigern weiter entwickeln lassen. In FLASHForward sollen dazu in einem durch einen Laser gezündeten Plasma Elektronenpakete aus FLASH weiterbeschleunigt werden. Dafür wird im Sommer eine Strahlführung für Elektronenpakete mit einer integrierten Plasmazelle neben der zweiten FLASH-Lichterzeugungsstrecke fertiggestellt und an FLASH angeschlossen. Die Experimente an FLASHForward sollen dann später im Jahr starten und parallel zu den Photon Science-Experimenten von FLASH betrieben werden. FLASHForward wird aus Mitteln des Helmholtz Impuls- und Vernetzungsfonds und von der Alexander von Humboldt-Stiftung unterstützt.