DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron — «Немецкий электронный синхротрон») — это один из ведущих мировых научно-исследовательских центров по физике элементарных частиц, расположенный в Гамбурге и Цойтене (Германия). Основанный в 1959 году, центр специализируется на создании ускорителей частиц, изучении структуры материи, биологии, химии и материаловедении с использованием синхротронного излучения.

Основные факты о DESY:

• Направления исследований: Фундаментальная физика частиц, разработка ускорителей, исследование материалов, биология.
• Уникальные установки:
  • Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL): Самый мощный и масштабный в мире лазер, генерирующий рентгеновские вспышки с невероятной точностью и скоростью (до 27 000 в секунду), позволяющий изучать химические реакции в режиме реального времени на атомном уровне.
  • PETRA III: Один из самых ярких в мире источников синхротронного излучения, используемый для структурного анализа материалов, биологических молекул и нанообъектов.
  • FLASH: Первый в мире лазер на свободных электронах в мягком рентгеновском диапазоне, который сделал возможным исследования с использованием сверхкоротких импульсов.
  • Исторически уникальной была установка HERA (Hadron-Elektron-Ring-Anlage) — единственный в мире ускоритель, сталкивавший протоны с электронами или позитронами, работавший с 1992 по 2007 год.
• Центр является членом Объединения имени Гельмгольца и финансируется правительством Германии и федеральными землями.
• Коллаборация DESY — это международный исследовательский центр, ежегодно принимающий тысячи ученых со всего мира.

Проект PETRA IV — это планируемая модернизация действующего источника синхротронного излучения PETRA III, целью которой является превращение его в дифракционно-ограниченный источник света (DLSR). В отличие от PETRA III, PETRA IV обеспечит в 100–1000 раз более высокую яркость и когерентность рентгеновского излучения. Это позволит получать изображения атомных структур с нанометровым разрешением, революционизируя материаловедение и структурную биологию.

Схема эксперимента PETRA IV. Картинка с сайта DESY

Основные отличия PETRA IV от PETRA III:

• По яркости и когерентности PETRA IV будет генерировать рентгеновские лучи с гораздо меньшим эмиттансом (размером пучка), что кардинально повысит яркость и когерентность — ключевые параметры для получения детальных 3D-изображений на атомарном уровне.
• Для достижения требуемых технологических характеристик PETRA IV будет использовать передовые технологии магнитной решетки, возможно, включая лазерно-плазменный инжектор для прямой подачи электронов в накопительное кольцо.
• Разрешение: PETRA III позволяет исследовать структуру нанометровых материалов. PETRA IV обеспечит беспрецедентный уровень детализации, позволяя «снимать» реакции между отдельными атомами в реальном времени.
• Скорость и эффективность: PETRA IV спроектирован для более быстрой съемки экспериментов, что критично для исследования динамических процессов, например, при разработке новых материалов или лекарств.

Фактически, PETRA IV — это переход от высокопроизводительного синхротрона третьего поколения к источнику четвертого поколения, обеспечивающий десятикратное превосходство по точности и скорости исследований. Его физический пуск запланирован на 2032 год.