Nutzen der Forschung

Die interdisziplinäre Forschung am European XFEL wird für viele wissenschaftliche Bereiche wertvolle Erkenntnisse liefern. Die Erfahrung zeigt, dass sich aus dieser Form von Grundlagenforschung wichtige Anwendungen ergeben.

Der European XFEL wird mit seinen einzigartigen Forschungsmöglichkeiten Spitzenwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aus der ganzen Welt anziehen. Dabei werden ganz unterschiedliche wissenschaftliche Disziplinen zusammenkommen und sich gegenseitig fordern und fördern. Die Erfahrung zeigt, dass aus einem solchen Wechselspiel vielfältige Anregungen und Ideen erwachsen, die zu konkreten Produkten und Produktverbesserungen führen.

Von der neuen Anlage profitieren viele wissenschaftliche Bereiche – unter anderem die Medizin, Pharmazie, Chemie, Physik, Materialwissenschaft, Nanotechnologie, Energietechnik und Elektronik.

Biologie, Medizin und Pharmazie

Als Conrad Röntgen die später nach ihm benannte Strahlung entdeckte, machten Röntgenbilder schon bald in der ganzen Welt die Runde. Auch als 1953 die Struktur des Erbguts entschlüsselt wurde, gelang dies nur mit Hilfe von Röntgenlicht. Über ein halbes Jahrhundert später haben die Forscher zwar schon erheblich mehr Einblick in die Welt des Lebens gewinnen können, aber die Lösungen für zahlreiche Rätsel stehen noch aus.

Mit den Röntgenblitzen des European XFEL wird sich die Struktur von weit mehr Biomolekülen und biologischen Einheiten wie Zellen oder Membranen entschlüsseln lassen, als dies bisher der Fall ist. Auch kann ihr zeitliches Wirken untersucht werden. Die Forschung am European XFEL wird dabei auch zu einem besseren Verständnis von Viren führen. Damit werden am European XFEL wichtige Grundlagen für die Medikamente der Zukunft geschaffen.
 

Chemie

Katalyse bezeichnet den Vorgang, durch den chemische Prozesse schneller ablaufen. Sie spielt bei über der Hälfte der industriell produzierten chemischen Stoffen eine wichtige Rolle. Dennoch ist wenig über ihr Zustandekommen auf atomarer Ebene bekannt. Auch andere chemische Prozesse harren eines besseren Verständnisses auf der Ebene der atomaren Details. Hier Optimierungen zu finden, wird zu verbesserten Produktionsmöglichkeiten und neuen Produkten führen.

Mit den Röntgenblitzen des European XFEL werden sich chemische Reaktionen mit einer bisher nicht möglichen Genauigkeit filmen lassen. Dies wird unser Verständnis dieser Vorgänge enorm verbessern.

Materialwissenschaft

Das 20. Jahrhundert hat völlig neue Werkstoffe hervorgebracht. Ob Strapazierfähigkeit, Leitfähigkeit oder Magnetisierung – die Eigenschaften von Materialien lassen sich immer besser maßschneidern. An dieser Entwicklung war die Forschung mit intensivem Licht maßgeblich beteiligt.

Die Forschung mit den Röntgenblitzen des European XFEL wird helfen, die Eigenschaften bekannter Materialien zu verbessern und völlig neue Werkstoffe mit revolutionären Merkmalen zu finden.

Astrophysik

Mit Hilfe der Röntgenblitze des European XFEL lassen sich Plasmen erzeugen und untersuchen, wie sie sonst nur im Weltall vorkommen. Dies wird wichtige Daten liefern, mit denen Astrophysiker ihre Theorien über den gegenwärtigen Zustand und die Entstehung unserer Welt überprüfen können.

Aber auch die Zustände im Inneren schwererer Planeten können mit dem European XFEL untersucht werden und ein neues Licht darauf werfen, was Planeten im Innersten zusammenhält.

Energieforschung

Die Menschheit benötigt immer mehr Energie, doch die Ressourcen sind knapp. Bekannte Energiequellen nähern sich ihrem Ende, oder ihr Gebrauch bringt nicht akzeptable Schwierigkeiten für die Umwelt mit sich.

Mit den Röntgenblitzen des European XFEL lassen sich die Prozesse in Solarzellen untersuchen; zudem werden sie dazu beitragen, das Phänomen der Photosynthese noch besser zu verstehen. Auch können mit den Blitzen Plasmen hergestellt und untersucht werden, die für Fusionsreaktoren der Zukunft zum Einsatz kommen können.

Elektronik

Ohne die Fortschritte in Elektronik und Computertechnologie ist unser Leben, wie wir es heute führen, nicht denkbar. Und der Fortschritt geht unaufhaltsam weiter. Schnellere Chips und speicherintensivere Festplatten setzen ein immer weitergehendes Verständnis sowie eine Optimierung der Materialeigenschaften voraus.

Die Forschung am European XFEL wird neue Erkenntnis im Bereich der Nanowelt, des Magnetismus und der Eigenschaften von Materialen mit sich bringen – mit schnelleren Rechnern und mehr Datenspeicherkapazität als mögliche Folge.

Nanotechnologie

Die Strukturen, die der Mensch künstlich herstellen kann, werden immer kleiner. Schon heute haben es Nanomaterialien in den Alltag geschafft. Dabei treten Größenordnungen von bis zu 100 Nanometern auf – das sind 100 milliardstel Meter. Materialien wie Kupfer, Gold oder Silizium zeigen verblüffende neue Eigenschaften auf dieser Ebene: Sie werden beispielsweise durchsichtig, flüssig oder leitend.

Die kurzwelligen Röntgenblitze des European XFEL eignen sich bestens dazu, solche Nanostrukturen zu untersuchen – ihre räumliche Struktur zu erfassen und ihr zeitliches Verhalten zu studieren. Sie werden damit Grundlagen für die Technologien von morgen schaffen.

Photonik

Die Lasertechnologie hat längst Einzug in unseren Alltag gehalten. Schon heute spielt die Photonik, die Nutzung von sichtbarem Licht etwa in der Kommunikationstechnologie, eine große Rolle.

Die Forschung am European XFEL kann helfen, die Reichweite der Photonik vom sichtbaren Bereich in den der Röntgenstrahlung auszuweiten – mit der Möglichkeit, Anwendungen zu entwickeln, die heute noch unvorstellbar sind.

Umweltforschung

Viele Vorgänge in unserer Umwelt werden durch Substanzen bestimmt, an denen Moleküle mit leichten Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff oder Stickstoff wesentlich beteiligt sind. Ein besseres Verständnis der Funktion dieser Moleküle gäbe einen tieferen Einblick in diese täglich ablaufenden Prozesse. Doch bisher lassen sich viele Eigenschaften dieser Moleküle nicht unter normalen Umweltbedingungen untersuchen.

Die intensiven Röntgenblitze des European XFEL bieten hier einen neuartigen Zugang, der erstmals die Untersuchungen einer großen Klasse von für die Umweltforschung wichtigen Substanzen ermöglichen wird.