 Am größten Teil, die zweiten Hälfte des Jahrhunderts, des 20. Jahrhunderts, hat man immer größere Beschleuniger gebaut. Synkrotron-Strahlung war nur ein Nebenprodukt und das einfach nur da war, immer wenn man Elektronen beschleunigt hat, entstand diese Strahlung und Zugang zur Synkrotron-Strahlung wurde von den Hochenergie-Physikern zum Teil zugänglich gemacht für andere Physiker, zur Molekulabiologen zum Beispiel. Und das hat sich ziemlich verändert in den letzten Jahrzehnten. Es ist mehr und mehr üblich geworden, große Beschleuniger zu bauen, große Teilchen-Beschleuniger zu bauen, nicht um die Teilchen zu untersuchen, indem man sie kollidieren lässt, sondern um diese elektromagnetische Strahlung zu benutzen, die eigentlich nur ein Abfallprodukt war, wie zum Beispiel Materialwissenschaften oder Biologie. Robert Feidhenhansel ist der Geschäftsführer von X-Fell in Hamburg und betreibt den fortschrittlichsten dieser neuartigen Beschleuniger und er möchte uns erzählen über dieses neue Paradigma in der Wissenschaft, der durch diese Geräte ermöglicht wird. Viel Spaß mit Robert Feidhenhansel. Ja, vielen Dank und vielen Dank für die Einführung. Ich hoffe, dass die technische Schwierigkeit jetzt vorbei ist. Wir werden sehen. Ich erzähle euch über den X-Fell für Elektron-Laser und ich habe es ein neues wissenschaftliches Paradigma genannt. Ich hoffe, die Übersetzer können dem folgen, weil ich relativ schnell spreche. Und hier sehen wir diesen grünen Laser von der Erkphilharmonie und in Hamburg. Und rechts sehen Sie den Geschäftsführer von der European X-Fell von dem Laser. Und ich erzähle euch von meinem persönlichen Eindruck von dem European X-Fell. Das ist eine europäische Einrichtung. Hier sieht man, es geht um Röntgenstrahlen und wir wollen Moleküle sehen. Also braucht man Röntgenstrahlen mit einer kurzen Wellenlänge und wir benutzen freie Elektronen und es ist ein Laser. Und jetzt ist eine gute Zeit, diesen Vortrag zu zeigen, denn es ist fast 120 Jahre her, für die erste Röntgenaufnahme gemacht wurde. Denn wurde am 22. Dezember 1895 gemacht. Und ich werde darüber reden hier. Was ist FEL und was ist der European X-Fell? Was ist, wie ist der Beschleuniger gebaut und wie machen wir wirklich die Wissenschaft hier? Und auch noch zu wissen, warum das wichtig ist für diese Art Wissenschaft. Mein Hintergrund ist, ich habe 40 Jahre Erfahrung mit Röntgenwissenschaft. Ich komme aus, bin in Dänemark in Ahrus und ich bin Professor in Copenhagen und bin seit 2017 in Hamburg. Und ich weiß nicht, wie viele Physiker jetzt unter euch sind. Aber die Physiker wissen wahrscheinlich diese Comics, die PhD Comics und das ist Professor Schmitz und ich sehe fast genauso aus wie der und Professor Schmit. So genauso mache ich auch, ich mache keine Experimente selbst, ich bin der Geschäftsführer sonst. Also Röntgenstrahlen, Nutzung für Wissenschaft, die werden von Synchrotronstrahlung erzeugt und auch durch freie Elektronenlaser. Das heißt, wir sehen diesen Grafen hier, der die Leistung, die mittlere Helligkeit von diesem Laser zeigt. Und man sieht etwa von 1960 die Qualität der Röntgenstrahlung ist massiv nach oben gegangen. Und diese Steigerung hier ist wirklich ein logaritmische Steigerung, ein logaritmisches Skala und es steigt wie sehr, sehr schnell. Und wir haben Probleme deswegen, weil unsere Daten, die wir produzieren gehen mit der Brillanz, mit der Helligkeit des Strahls und ich bin seit 1981 arbeitig in diesem Feld. Da war ich ein Student beim Dese in Hamburg und es war eine großartige Erfahrung. Und ich habe diesen Anstieg über zehn Größenordnungen mitbegekriegt über meine Karriere. So, was sind Röntgen freie Elektronenlaser? Und wie er in der Einführung gehabt hat, dies ist ein Beschleuniger, es basiert auf Beschleunigern. Man hat einen Elektronenbeschleuniger. Auf der linken Seite hat man ein Elektronenemitter, der Elektronen aussendet durch ein Laser und dann ein Linearbeschleuniger, der beschleunigt die Elektronen. Und dann haben wir eine Bündelkompression, dass wir ein sehr kurzes Elektronenbündel haben, noch ein Linearbeschleuniger, ein Undulator. Und die Elektronen werden da machen eine sinusförmige Bewegung und erzeugen Röntgenstrahlen. Und dann kommen die Elektronen in einen Strahlfänger. Und man muss diese Röntgenstrahlen haben für die Wissenschaft, die wir machen wollen, weil wir Atome und Moleküle angucken wollen. Und Röntgenstrahlen haben sehr hohe Energie und kleine Photonen und deswegen braucht man einen großen und langen Beschleuniger. Und die Undulatoren erzeugen Licht und die so sehen die aus, das sind magnetische Geräte, wo die Elektronen hier da durchgehen. Durch den Undulator, dann machen sie einen sinusförmigen Quad. Und wir haben drei von diesen Undulatoren und jeder davon ist 250 Meter lang. Also das ist eine riesige Infrastruktur-Einrichtung mit vielen großen Magneten. Und der Trick von diesem Laser ist eben, dass man koherentes Licht braucht. Man muss die Teilchen, die das Licht aussenden, in einem ordentlich angeordnet seien und normalerweise sind Elektronen in einem Synkrotronen unsortiert. Und wir wollen die genau sortiert haben, sodass sie das Licht genau koherent aussenden und dass das koherent verstärkt werden kann. Und wie man das macht, ist, man macht Laser in einem Durchgang. Das ist die selbst verstärkte, spontane Aussendung von Strahlungen. Und links sieht man Professor Rossbach und Seiden und haben den Preis bekommen. Die haben diese Idee erfunden in Novosibirsk in den späten 70er Jahren, im letzten Jahrhundert. Und das Prinzip war, ist weiterentwickelt worden danach und die Idee ist, dass man einen langen Undulator hat. Man sieht diesen Undulator hier mit diesen grünen, grünen und roten Magneten. Die Elektronen gehen dadurch durch den Undulator und der Elektronen folgen dem gelben Pfad und wackeln rauf und runter. Und jedes Mal, wenn sie beschleunigt werden, senden sie Licht aus. Und das Licht wird immer stärker und passt sich dem Elektronenstahl an. Und unten sieht man diese Elektronenwolke, die rein kommt, ist homogen. Und dann geht es durch den Undulator und dadurch wird es aufgeschnitten in einzelne Spalten. Und am Ende hat man nur so Mikrobindel und die alle Elektronen senden das Licht koherent aus und man bekommt einen extrem starken Röntgenstrahl, der rauskommt. Und dann wirft man die Elektronen weg und die Elektronen braucht man jeweils nur einmal. Das heißt, hier ist der kurze Übersicht über den Beschleuniger in X-Fell, der ist desi, der desikampus. Und wir fangen an in Chinafeld, nur an der Grenze zuschließlich Holstein und dann ist da der European X-Fell. Und der Elektronenjektor ist hier, da werden die Elektronen eingeschossen in den Beschleuniger. Das ist sein Supra-Leitender Beschleuniger. Das heißt, der Beschleuniger ist auf zwei Kälvien runtergekühlt und der hat ganz besondere Eigenschaften. Da komme ich später noch mal drauf. Und hier sieht man ein kleines Filmchen. Ich hoffe, ihr könnt den Film sehen. Könnt ihr sagen, ob ihr den Film sehen könnt? Ja, also wir können den sehen. Ich hoffe, ihr könnt den Film sehen. Gut, gut. Das heißt, man sieht die Elektronen, die beschleunigt werden durch diesen zwei Kälvien-Kalken, diese Hohlräume. Und dann haben wir das Undulatoren-System. Das ist da in Ostoverborn. Und dann haben wir die Experimentierstation für die Forschung. Und hier sieht man wieder die Undulatoren-Systeme, wo die Elektronen durchgehen. Und dann kann man, wir folgen wir hier den Elektronen und durch den Undulator. Und dann bewegen sich die Elektronen durch die magnetische Struktur, bewegen die sich hin und zurück und vor und zurück mit hin und her. Und das Licht der Elektronen, was die Elektronen auslenden, sieht man hier als diese weiße Wolke. Und ganz am Ende senden sie einen großen Schuss Photonen aus. Und hier ist die Experimentierstation, die Experimentierhalle. Und hier sind, wir haben drei Undulatoren. Die heißen hier Sase 1 und Sase 2 und Sase 4. Und wir haben sechs Experimentierstationen, wo wir dieses extrem strahlen Röntgenstrahl benutzen, um Experimente zu machen. Die Elektronen, die Strahlfallen sind hier, wo wir die Elektronen einfallen, wo die aufgefangen werden, die Elektronen. Und dann haben wir diese sechs Experimente, wo wir verschiedene Arten von Experimenten durchführen. Und da komme ich später nochmal drauf. Hier ist eine typische Instrumentenstation. Die Röntgenstrahlen kommen von rechts, gehen nach links. Und erst sind hier einige verschiedene optische Einrichtungen, wo man den Röntgenstrahl manipulieren kann. Man kann ihn fokussieren, die Intensität messen. Und in der Mitte, wo dieser große blaue Balken ist, da ist ein Experiment, wo die Röntgenstrahlen gestreut werden an einer Probe. Dann hat man einen Detektor. Da komme ich später nochmal drauf. Das ist das Ding mit der gelben Front hier. Und dann haben wir natürlich das Überwachungssystem am Ende. Das heißt, dies ist eine typische Person. Wir haben hier einen Roboterarm. Und der manipuliert noch einen anderen Detektor. Die Probe ist hier direkt vor dem Roboterarm. Und hier ist der Detektor. Da komme ich später nochmal drüber. Und die produzieren eine riesen Menge in Daten, die wir dann analysieren müssen. Ein großer Pixel Detektor, eine Million Pixel, der werden geliefert von diesem aus dem feinlichen Königreich geliefert. Hier haben wir alles. Das ist eine User-Community. Wir sind eine User-Facilität, wo die Leute in ein Experiment buchen können. Hier sieht man 6, 7, 8 verschiedene Gruppen. Sie kommen in ein Experiment, für etwa 5 Tage oder 60 Stunden, 5-12 Stunden. Sie messen auch in der Nacht oder during the day. Das sind Experimentalgruppen, die hier arbeiten. Und ja, die kommen zu uns, arbeiten dafür etwa 60 Stunden, auch gerne mal Tag und Nacht. Und müssen dafür Vorschläge einreichen. Die kommen dann typischerweise von verschiedenen Universitäten und machen bei uns die Experimente. Hier sind ein paar Fakten über den europäischen XFEL. Wir sind halt eine Nutzer-Einrichtung. Und wir haben insgesamt zwölf Teilnehmerländer. Deutschland zahlt etwas mehr als die Hälfte, der Betriebskosten. Russland etwa 27 Prozent, etwa ein Viertel und alle anderen, die auch beitragen, zahlen sowas wie 1 bis 3 Prozent des Budgets für Aufbau und Betrieb. Wir betreiben, Beschleuniger sind etwa 500 Leute, die für Administration, Betrieb der Beschleuniger und Aufbau zuständig sind und davon 250 direkt am Beschleuniger. Es hat etwa 1,5 Billionen Euro, Milliarden Euro Kostel zu bauen in 2018. Und unser Ziel ist es, dass wir etwa 200 Nutzer-Experimente jedes Jahr machen können. Wir sind jetzt schon drei Jahre in Betrieb. Und wo stehen wir so einen Vergleich? Wir sind nicht die einzigen, die harte Röntgenstrahlung produzieren können mit freien Elektronenlasern. Der erste war in Stanford, LCLS, die in 2009 angefangen haben, 2011 jemand in Japan, in Schweiz, 2016 und in Korea auch in 2016. Und der Unterschied ist, wie viele Pose man pro Sekunde produzieren kann. Und diese Einrichtungen produzieren etwa 60 Pose pro Sekunde. Hier bei uns haben wir den superleitenden Beschleuniger und wir haben einen sogenannten Burst Mode, wo man 10 kurze Pose bekommen kann an Röntgenstrahlung. Im gesamten können wir etwa 27.000 Röntgenpulse pro Sekunde produzieren. Und in jeder Zehntel Sekunde können wir einen neuen Zug von Polsen produzieren. Dadurch sind wir eine extrem starke Röntgenquelle auf der Welt im Vergleich. Und was wir messen wollen, ist Atombewegung. Wir möchten gerne sehen, wie Atome und Moleküle sich bewegen und möchten das ganze Messen in sehr, sehr kurzen Zeiten. Was ist aber die Zeitschale, auf der sich so ein Atom bewegt? Unsere menschliche Zeitschale ist etwa so was wie Millisekunden, weil das ist so die Geschwindigkeit, mit der wir uns bewegen und die wir brauchen, um zu reagieren auf Reize. Die Interessante, während wir uns als Menschen mit Millisekunden orientieren, brauchen wir hier bei uns Femto Sekunden. Das ist bedeutet, dass wenn sich das Licht mit 3.000 Metern die Sekunde bewegt, dann ist halt die interessante Zeitschale, wenn man einen Atom beobachten möchte, etwa 100 Femto Sekunden. Man sieht da oben so eine akustische Bewegung von Atomen. Und das ist das, was wir uns angucken wollen und angucken. Und diese 100 Femto Sekunden ist dann auch etwa die Zeitschale des Röntgenpuls. Man bekommt in diesem Puls, wie man hier sieht, etwa 10 hoch 13 Photonen pro Puls. Und das ist aus einem Elektronenpuls mit etwa 100 Sekunden länger, was viel länger ist. Wir haben also eine enorme Menge an Photonen, die sehr, sehr, sehr komprimiert sind. Das ist halt der Unterschied zwischen dem Synchrotron, dem blauen Ondulator unten und dem roten Peak im freien Elektronenlaser. Sehr viele Photonen in sehr kurzer Zeit. Das bedeutet, dass wir einen extrem sehr starken Röntgenpuls haben. Und wenn man, man kann Röntgenstrahlen beispielsweise mit Blei stoppen, sodass es dann nicht rauskommt. Und auf der rechten Seite sieht man, dass ein Laserstrahl, der auf ein paar Mikrometer bekostiert wurde. Und man sieht halt diesen Strahl hier auf der linken Seite ist 5 Zentimeter dick. Und man sieht das Eingangsloch auf der rechten Seite unten und das Austrittsloch oben rechts. Und dieser Röntgenlaser-Puls hat einfach durch diesen Stahlblock durchgebohrt, weil er einfach so stark ist. Und dieser Röntgenpuls produziert einen Plasma und brennt einfach durch den Block durch. Wenn man also diesen Strahl richtig komprimiert, kann man sogar durch Stahl durchbrennen. Deshalb brauchen wir ganz besonders gute Sicherheitsmaßnahmen. Dass ich weiß nicht genau, wo das war. Es zeigt einen Röntgenstrahl mit dieser, man sieht wie der Strahl auf das Rohr drauf trifft. Und man sieht jetzt diese Explosionen und dieser Röntgenstrahl ionisiert da die Luft und brennt quasi Löcher in die Luft und ist halt viel, viel länger, als man das erwarten würde. Das Geräusch, was ihr jetzt vielleicht hört, ist das 10-Herz-Geräusch von den einfallenden Pulsen. Und diese Pulse sind das, was die Blitze produziert. Kann man sagen, ob man das ein Video gesehen hat? Ja, man hat ein Video gesehen, aber das Ton war nicht mit dabei. Okay. Wie macht man dann die Experimente? Wie baut man so ein Setup? Da muss man ein bisschen zurückgehen. Wenn ich ein Experiment früher gemacht habe, dann hat man als Beispiel die Doppelhelix einer der DNA. Da sieht man die beiden Entdecker, James Watson und Francis Crick. Man sieht das Ergebnis, woraus sie gearbeitet haben. Das ist dieses Beugungsbild in der Mitte und solche Beugungsbilder aus denen kann man eben die Struktur ableiten. Im Übrigen unser Gästehaus hat Roskind Franklin als Bild auf der Hausoberfläche aufgemalt. Und was man halt gemacht hat, ist, man nimmt ein Bild des Beugungs von einem Kristall. Sonst sah das in den 80ern und 90ern aus, als wir Experimente gemacht haben auf Desi. Und man hat halt ein Experiment gebaut, hat das wochenlang vorbereitet. Ein beispielsweise hier ein ganz wichtiges Goldteil, was wir uns angucken wollten, dann hatten wir lange mehrere Wochen Zeit, um das Ganze dann durchzuführen. So macht man das heute nicht mehr. Wie machen wir Experimente heute? Ich habe euch ja erzählt, es gibt diesen unglaublich starken Strahl, der Löcher durch Stahl durchbrennt. Wie kann man irgendetwas damit untersuchen mit so einem starken Strahl, weil es wird ja zerstört dabei. Und ja, tatsächlich, das ist so. Die Proben werden tatsächlich zerstreut. Und dann ist natürlich die Frage, wie kann man überhaupt etwas untersuchen, was so mit so starken Strahlen bestreut wird? Hier sieht man beispielsweise ein Protein, das einfach verdampft, wenn es mit dem Strahl bestrahlt wird. Und man muss halt das Teilchen untersuchen, bevor es verdampft wird. Und man sieht hier, wie das Teilchen aussieht, bei 10, bei 2, bei 5,5 Sekunden. Und wir müssen eben, um dieses Experiment zu machen, sehr schnell rein, um dann hinterher an dem Beugungsbild abzulesen, wie das Protein, das die Probe aussah. Und das ist genau das, was wir hier haben. Nämlich einen Puls, der wenige Teile einer 10,5 Sekunde lang ist. Und hier sind Bilder von einer kleineren Röntgen-Einrichtung. Die hatten ein Stück Silizium, wo sie etwas eingefraßt haben. Und sie haben diese Probe dann in den Strahl genommen. Und wir haben das Beugungsbild davon aufgenommen. Und von diesem Beugungsbild kann man dann wiederum zurück rekonstruieren, wie das, wie die Probe aussah. Auf der rechten Seite seht ihr dann die Rekonstruktion dieser zwei Männchen. Wenn man jetzt einen zweiten Schuss auf das Sample gibt. Wenn man ein zweites Bild macht, ist das die Probe komplett verdampft, weil der Strahl so stark ist. Aber man kann die Daten schnell genug sammeln, um ein Bild zu haben und wirklich zurückzurechnen, wie das, wie die Probe aussieht. Das ist ein sehr wichtiger Proof-of-Konzept, sehr wichtiger Versuchen zu zeigen, dass es tatsächlich geht, dass man das Bild so schnell machen kann, dass man wirklich sehen kann, wie die Probe aussieht. Und die Experimente, die wir heute machen, sind völlig anders. Und hier ist eine Probezeichnung, eine Skizze. Man hat diese gelblichen Dinger, die hereinkommen. Das sind die Röntgenpulse, die in dem Burst-Modus auskommen, wo immer zehn zusammenkommen, pro Sekunde. Dann hat man einen Strahl von dem Probenmaterial, der in grün, und das ist eine kleine Kristalle von einem Protein, was man untersuchen will. Und dann hat man das Beugungsbild rechts und dann schießt man statt nur eine Probe, hat man Millionen von Proben und Millionen von Bildern. Man weiß nicht genau, wie sie aussehen, wie sie organisiert sind, aber das kann man dann nachher noch herausfinden, wenn man genug Daten gesammelt hat. Also hier ist, wir haben eine serielle 5-2- Sekunden-Kristallografie. Das heißt, wir haben ganz viele verschiedene Scan-Bilder. Man hat die Proben, die reinkommen in diesem Strahl und das ist der Jet, der reinkommen, da wo GDVN steht. Man kann sehen, hier ist ein kleiner Film, da sieht man unten rechts einen kleinen Film. Ich weiß nicht, ob ihr das als Film sehen könnt. Man sieht rechts, wie der Strahl reinkommt und wenn die Röntgenstrahlen kommen, dann verdampft es und dann wird das aufgeschlitten. Und aus diesen Millionen von Bildern kann man dann eine Struktur berechnen davon und das ist der Ansatz, so wie wir das studieren wollen. Und rechts sieht man dann, wie die Atome und Moleküle aussehen, aber man muss sehr, sehr viele Daten sammeln. Hier ist ein Beispiel von einem wissenschaftlichen Experiment, was gemacht worden ist, um einfach nur zu gucken, auszuprobieren, ob das Verfahren funktioniert. Wir haben hier Gold-Nano-Kristalle. Man sieht das hier oben rechts, wie die aussehen. Man sprüht die sehr schnell in den Röntgenstrahlen und dann sammelt man alles, was man kann. In diesem Fall machen wir 10 Millionen Beugungsbilder, die wir gesammelt haben und gucken dann nachher an und rechnen zurück, wie das wirklich aussieht, wie die Proben aussehen. Und dann kann man dies klassifizieren. In diesem Fall haben wir vier verschiedene Proben und man nimmt einfach, was man hat, wirft es auf den Strahl und nachher sortiert man die Daten und rechnet aus und guckt, was man wirklich dafür Strukturen hatte. Und das ist, was ich meine, es ist vollständig anders, die Wissenschaft durchzuführen. Das heißt, wir machen nicht nur ein Bild, sondern machen Millionen von Bildern und guckt dann nachher an, was man hat. Das hier ist vielleicht eine grobe Zeichnung von Wasserblasen, die wir vor ungefähr einem Jahr gemacht haben bei einem European Exfeld und haben hier Blasen anguckt. Wasserblasen, was ist, wie entsteht wirklich eine Wasserblase in den allerersten Nanosekunden oder sogar Femtosekunden, nachdem es, nachdem sie entsteht. Und wir haben einen Laser auf dem, und haben es in Bröntgenbereich angeguckt und wenn man die Bilder anguckt von den Wasserblasen, dann sieht man, wie sie wirklich wachsen, wie schnell sie das machen, was die Dichte ist. Und dann kann man sehen, dass diese Blasen wirklich vollständig leeres in der Mitte und nur außen ist die Dichte von dem Wasser 40-mal höher als normales Wasser. Und dann guckt man die Statistik an, guckt diese Millionen von Blasen an und kann statistische Untersuchungen machen. Ein anderes Experiment, was wir machen, wir gucken die fundamentalen Interaktionen und Zeitverläufe von sehr schnellen magnetischen Prozessen, um zu verstehen, wie diese Interaktion funktioniert zwischen Elektronen und den Spins von den Elektronen und das Gitter und sehen, wie diese Interaktion aussieht, um neue magnetische Geräte zu bauen, die viel, viel schneller schalten können als die, die wir heute haben. Das heißt, Magnetismus ist wirklich eine der wichtigsten Bereiche, die wir forschen gerade. Und hier ist ein Experiment, wo wir magnetische Modulationen gucken. Das ist in St. Petersburg hier bei UITMO. Und hier sehen wir die magnetische Struktur, wie es sich als Funktion über die Zeit ändert auf der Pico-Sekunden-Zeitskala. Also ich habe euch ein paar Beispiele gezeigt von dem, was wir machen. Und was wir wirklich machen wollen, ist, auf, wir wollen Molekülfilmer haben, in dem wir, wo wir einen Prozess anstoßen in einem Protein und einem funktionellen Protein. Man sieht das hier auf der rechten Seite. Da haben wir einen Protein und das wird von einem optischen Laser angeregt. Und dann haben wir den blauen Röntgenlaser, den Röntgenpuls, und der wird gebeugt. Und dann kann man ausrechnen, die, die Struktur ausrechnen von diesem Protein. Links sieht man die Art, wie wir die Experimente machen. Wir haben die Proteine. Ganz viele Proteine streuen wir in den Strahl und wir messen mit einem bestimmten Zeitabstand. Und wenn wir dann verschiedene Zeitabstände messen, dann sieht man, was nach 10 oder 20 Femtosekunden passiert und nach 100 Femtosekunden, nachdem man das Protein mit dem optischen Laser angeregt hat. Und dann kann man mehrere Standbilder machen und kann wirklich Bilder machen von den Molekül von den Proteinreaktionen. Und die ersten Studien, die wir ja gemacht haben, die Experimente, das war ein PayPal, ich glaube, es war von diesem Jahr von Marius Smith aus Arizona und sie haben, sie haben diese Reaktion angeguckt von links nach rechts. Das sind wenige Pikosekunden, 3 Pikosekunden, 10 Pikosekunden, 30 Pikosekunden, nachdem man dieses Protein angeregt hat mit einem, mit einem Laser, mit einem normalen optischen Laserpuls. Und das ist extrem wichtig zu verstehen, wie Fotosynthese funktioniert in der Natur, in diesen, in dieser Art Proteine. Und das heißt, das wird eines der wichtigsten Bereiche sein, auf die wir uns fokussieren und mit dem European X-Fell. So, jetzt habe ich euch etwas erzählt über die Wissenschaft, die wir machen und ich hoffe, ihr habt einen Eindruck bekommen von Nano-Wissenschaften und Proteinen und Magnetismus. Wir machen viele verschiedene Sachen, aber vielleicht zeige ich euch auch ein bisschen über die Komplexität der Experimente, die wir durchführen und mit einem besonderen Blick auf die Daten. Und hier haben wir alle oder viele der verschiedenen Sachen, die wir kontrollieren müssen. Wir haben den Beschleuniger, der außerordentlich gut funktioniert. Wir haben diese Röntgen-Optik, um die zu fokussieren. Wir müssen eurem Photondiagnostische Einrichtung und wir brauchen optische Laser, um die Proben anzuregen. Wir brauchen diesen Strahl von den Proben, der reinkommt, der sehr schnell reingeschlossen wird. Und das ist auch sehr viel Technologie, die da reingesteckt wird. Und dann brauchen wir natürlich den Detektor, wo die gestreuteten Photonen gemessen werden. Und man müssen diese riesen Datenmengen analysieren, die wir bekommen. Und wir haben eine Abteilung, die sich um die Detektoren kümmert, um die Elektronik, die Kontrollen und Datenmanagement und Datenanalyse. Und wir haben bestimmt 100 Leute, die arbeiten, die nur daran arbeiten. Also um das nochmal zu zeigen, hier ist die Art, wie die Experimente gemacht werden. Man hat hier sehr viele, sehr schnelle Röntgen-Pulse, die reinkommen und die den Probenstrahl treffen. Und man hat die Detektoren, die die Daten sammeln. Und wir sammeln etwa 3.520 Bilder pro Sekunde mit diesem Detektor hier. Das ist der adaptive Detektor. Der hat variable Verstärkung. Und der hat viele Kalibrationsparameter. Und das ist ein sehr kompliziertes Monster. Und das ist die Struktur davon. Und es arbeitet im Burst Mode. Und dieser Detektor kann 352 Bilder speichern. Und das ist ganz wichtig, weil man kann dann in der Zeit zwischen den Pulszügen die Daten auslesen. Und das ist der zweite Detektor, der gerade aufgebaut wird. Es ist das erstexperiment, was man mit diesem Detektor gemacht hat. Und wir waren sehr glücklich darüber. Es produziert natürlich auch eine ganze Menge an Daten. Jetzt gucken wir nochmal ein bisschen zurück, als ich damals angefangen habe mit Datenanalyse in Echtzeit. Wie er auf der linken Seite sieht, so kamen die Daten aus den Apparaten raus auf Papier. Und auf der rechten Seite sieht man diesen Typen, der auf das Papier guckt. Und wir guckten auf die Zahlen, schrieben sie auf und berechneten dann manuell, wie viele Zählpunkte wir in so einem Peak hatten. Die Daten kamen natürlich unglaublich schnell raus und zwar schneller, als wir das mit einem Taschenrechner hätte rechnen können. Und das war natürlich ziemlich old fashioned, weil wir haben die Daten auf Papier gespeichert. Und wenn man dann Datenanalyse macht und für einen ganz speziellen Datenpunkt sucht, dann hat man das alles aufgeschrieben, hat sie in Kisten gepackt, zehn Kisten mit nach Hause genommen und zu Hause aus analysiert, schön aufgeschrieben. Und dann am Ende hatte man Ergebnisse. Später waren wir ein bisschen weiter fortgeschritten. Da bekam man schon ausgedrückt die Intensität des Peaks. Heute sind wir da viel, viel weiter. Es gab da eine unglaubliche Entwicklung mit Detektoren, die messen können, ob es sich um ein Photon handelt oder nicht. Und man kann das ganze Ergebnis auch noch Zeit auflösen, nicht nur räumlich und mit einer unglaublichen Wiederholungsrate. Das ist jetzt die Datenmenge, die wir zehn, zwanzig Jahren speichern mussten. Vor zehn Jahren hatten wir schon wesentlich mehr, 2011. Und ich erinnere mich nur, November bin ich aus der Schweiz zurückgekommen, wo wir Experimente gemacht haben und da haben wir zehn von diesen Festplatten gekauft und haben sie in all die Plastiktüten mit nach Hause geschleppt. Das ist natürlich ziemlich unglaublich. Und das ist, was wir so vorhersehen. Auf der linken Seite sieht man, da haben wir 2019 etwas mehr als zehn Petabyte gesammelt. Und ihr könnt sehen auf der rechten Seite, das ist die Datenmenge in Petabyte. Und man sieht, wie die Menge an Daten, die wir gespeichert haben, sehr, sehr schnell sich erhöht. Und hier ist diese flache Region, das war die Zeit, in der wir den Beschleuniger stoppen müssen wegen Covid-19. Und dann sieht man, wie es richtig abhebt, als der neue Detektor in Betrieb kam. Das ist tatsächlich eine der größten Herausforderungen, die wir haben, nämlich die ganzen Daten zu managen und zu verarbeiten. Und wo sind wir jetzt? Man sieht hier die verschiedenen Detektoren, die wir haben. Man sieht da die Datenrate, auf der wir Rohdaten sammeln. Und zum Vergleich sieht man unten noch die Menge an Daten, die aus den CERN-Detektoren rauskommen. Und wir produzieren bei uns Daten in etwa im selben Umfang wie im CERN. Eine unserer größten Herausforderungen ist auch die Reduktion der ganzen Daten. Das bedeutet, wir brauchen Detektoren, die ausschließlich die interessanten und guten Messungen behalten, sodass die Detektoren, sodass wir hinterher nicht mehr überprüfen müssen, ob was gut oder schlecht ist. Und das ist halt, Physiker sind emotional gebunden an ihre Daten. Und man kann einfach die Daten von dem Physiker nicht wegnehmen. Die sind unglaublich wichtig. Und man muss die Daten bei uns, wir müssen die reduzieren, die Menge, bevor man sie zu dem Nutzer gibt. Und eine der Herausforderungen, an denen wir gerade arbeiten, ist genau diese Reduktion. Denn wir haben einfach extrem große Datenmengen. Jetzt haben wir noch verschiedene Anforderungen daran natürlich, wie wir es sind, die Datenspeichern transportieren, verarbeiten. Wir haben da lokal Einrichtungen direkt an der Mess-Einrichtung. Die Daten werden von dort weiter transportiert ins Desirechen-Zentrum. Und jetzt ganz, also vor Kurzem haben wir jetzt eine extrem starke, schnelle Datenverbindung gebaut bis nach Warschau, wo wir 100 Gigabyte pro Sekunde an Daten rüber schicken können und dann verteilen können. Das ist ein tatsächlich sehr interessanter Teil der Herausforderungen, die wir haben und auf uns noch zukommt. Bevor ich jetzt aufhöre, ich habe ja schon ein bisschen erzählt über die Wissenschaft, die wir machen und die Herausforderung mit den Daten. Wenn ihr daran interessiert seid, guckt doch mal auf unserer Website. Da gibt es auch Job Ausschreibungen, wenn ihr daran interessiert seid. Wir suchen immer gute Wissenschaftler und Ingenieure. Und aktuell haben wir sechs Nutzexperimente und ihr könnt die hier auf den Bildern sehen. Das letzte Standard, also die starteten alle zwischen 2017 und 2019 und jetzt produzieren sie halt Messdaten und aus diesen Daten werden sich auch sehr, sehr wichtige und gute Veröffentlichungen ergeben. Bevor ich jetzt aufhöre, möchte ich euch nochmal etwas erzählen, warum machen wir überhaupt die Wissenschaft? Was ist denn das der Grund dafür? Und dann möchte ich nochmal mit ein paar Folien enden, was so große Forschungseinrichtungen uns gebracht haben. Was ist das wichtigste Ergebnis, was CERN gemacht hat? Natürlich klar, Sie haben das Higgs-Boson entdeckt, aber das zweite ist natürlich das weltweite Netz, das WWW. Und alle, alle Großforschungseinrichtungen machen immer zwei Dinge, Wissenschaft und Technik. Und man muss verstehen, beide Felder sind sehr wichtig für das Outcome. Und wenn man sich jetzt mal so die disruptiven Technologien der letzten 100 Jahre anguckt und mal so spekuliert, was ist da die Rolle von Großforschungseinrichtungen? Dann ist das jetzt natürlich mein, mein personeller Blick. Also das hier ist mein Großvater Barthold. Er ist 1880 geboren, etwa so um den Dreh, kurz vor dem Ersten Weltkrieg in einem anderen Teil von Deutschland, was jetzt Südenemark ist. Und das, das größte, die größte, der größte Umbruch, den er erlebt hat, war das Auto. Das ist mein Vater Günther. Er wurde 1929 geboren und das, was sein Leben verändert hat, war das Fernsehen. Das ist jetzt, das bin ich natürlich etwas jünger, aber was mein Leben so richtig verändert hat, war der Laptop. Denn als ich damals mein Master geschrieben habe, mein Masterarbeit, ich hatte, da mussten, mussten alle Zeichnungen handgezeichnet werden und geschrieben werden. Das ist mein Sohn Nikolai. Und was sein Leben geändert hat, ist das iPhone, das Smartphone, das Handy. Das sind die disruptiven Technologien in der Vergangenheit. Das ist mein Sohn, mein Enkel Eska. Und was sein Leben komplett umkrempeln wird, was seine Eltern bisher nicht gemacht haben, nicht kannten, das weiß ich nicht. Aber wenn ich auf diese ganzen Dinge gucke, da überall ist Grundlagenforschung enthalten. Autos, brauchten Metalle und Legierungen. Es gibt viele Nobelpreise, die in den Fernsehergang sind, in den Laptop, beispielsweise Transistoren, CCD-Kameras im Smartphone. Und ich bin sehr, sehr sicher, egal was Ascas Leben beeinflussen wird, umkrempeln wird, es wird einen Nobelpreis erhalten. Und was wir machen, ist, wir untersuchen neue Materialien und alle diese Technologien, die ich vorher vorhin gezeigt habe, wurden möglich durch neue Materialien und neue Technologien. Beispielsweise, wo man Sili zum Beispiel brauchte in CPUs und so weiter. Und was ich euch hier zeige, ist nicht nur European Exfil und Synchrotron, Strahlung und Elektronen-Mikroskop. Es gibt nur Drohnen, Strahlungsquellen und alles ist da, um Materialien, neue Materialien zu studieren und Biomolekularforschung. Und dafür sind wir da. Und die allerletzte Folie ist natürlich hier Covid-19. Da kann man kaum über irgendwas reden, ohne die Pandemie zu erwähnen. Und deswegen habe ich auch selbst hier so eine Folie eingefügt. Und alle haben natürlich diese Viren schon gesehen. Und Billionenfach natürlich. Aber vielleicht hat man noch nicht darüber nachgedacht, woher kommen diese Bilder. Denn irgendjemand hat natürlich diese Viren studiert und untersucht die verschiedenen Proteine und hat diese Bilder konstruiert. Die sind die Basis von Wissenschaft. Und wenn Covid-19 anfing, dann haben ganz viele Gruppen angefangen, die verschiedenen Proteine zu untersuchen und die Viren mit Elektronen-Mikroskomen und natürlich auch mit Synchrotron-Strahlung. Und hier sind einige der ersten Artikel, die veröffentlicht wurden in Science und in Nature. Im März, April, die Chinesen haben zuerst sofort zu ihrem Synchrotron gegangen und haben einige der Strukturen untersucht von den Kandidaten von Covid-19, von dem Virus. Und es gab sehr interessante Forschung von über Wilgenfeld und die auch einige Kristallstrukturen untersucht haben, was beim Bessi zwei Synchrotron in Berlin und die Amerikaner haben natürlich ihren Advanced Photonsauce in Argonne verwendet, um auch solche Untersuchungen durchzuführen. Und alle Regionen, jede Region muss eigentlich mindestens eine von diesen Anlagen haben, um solche wissenschaftlichen Untersuchungen durchzuführen zu können. Was wir hier sehen, ist, wir haben jetzt einen Impfstoff, den das die Wissenschaft entwickelt hat und ich weiß, dass ganz viele verschiedene Wissenschaftliche Zweige dazukommen und beigetragen haben. Aber alle Regionen, alle Gegenden müssen solche Anlagen haben. Können Sie sich vorstellen, dass Frau Merkel in China anruft, können wir euch mal unser Synchrotron ausleihen oder dass Merkel bei Trump anruft und können wir uns gerade das Synchrotron ausleihen, um das zu untersuchen. Da, so was denkt man nicht nach, das ist undenkbar und alle großen Gegenden der Welt, alle Regionen müssen eigentlich so was haben, dass sie Röntgen und Röntgenanlagen haben, solche Freielektronenlaser, um auch mit solchen Krisen fertig zu werden. Und damit bin ich fertig. Es ist ein bisschen zu spät, um noch vor Weihnachten zu sagen, aber ich kann mir nichts sagen. Ein frohes neues Jahr und ich weiß nicht genau, was jetzt passiert. Ja, vielen Dank für den Vortrag. Es gibt eine kurze, kurze Gelegenheit für Fragen und Antworten. Es gibt einige Fragen von den Zuschauern, von Twitter und vom IRC und ich glaube, die meisten Fragen, einige eher persönliche Fragen, wieso haben Sie sich entschieden, hier diesen Vortrag zu halten, auf dieser Hackerkonferenz über Wissenschaft zu reden. Wir freuen uns, dass Sie da sind, aber wie kommen Sie gerade hierher? Ich habe mir das ausgesucht, weil ich zeigen will, was wir machen, was für Wissenschaft wir machen und ich hoffe, ich habe euch ein bisschen den Geschmack dafür auf den Geschmack gebracht, was wir mit unseren Detektoren machen und mit unseren Anlagen, was wir leisten können. Eine Frage noch, welche praktischen Anwendungen, woran sind die die Geldgeber am ersten interessiert, die das Projekt finanziert haben? Was sind praktische Anwendungen für die? Ich glaube, die finanzierenden Partner, woran sie vor allem interessiert sind, die wollen Teil der fortschrittlichsten Technologie sein, die wir auf die Beine stellen können und es sind diese Freielektronenlaser und Beschleuniger und alle, die an dieser fortschrittlichen Infrastruktur beteiligt sind. Man bekommt wirklich die Technologie davon und hat dann die Technologie auch, um sie zu nutzen. Und diese Anlagen sind wirklich ein Werkzeug für die Benutzergruppen, für Universitäten, die die fortschrittlichsten Wissenschaft machen können und können auch ihre Studenten am besten ausbilden. Okay, dann haben wir noch eine Frage. Auf einer Folie gab es diese kleine Blase Röntgenoptik. Wie macht man denn optische Optik mit einem Strahl, der Stahl schmelzen kann? Und das ist eine gute Frage. Dieser Strahl, wenn der Strahl entsteht, dann ist er im Undulator, ist der einige Mikrometer groß, aber dann wird er, divergiert er ein wenig und dann läuft er etwa einen Kilometer weit und nach einem Kilometer ist der Strahl viel größer. Dann ist er vielleicht ein Millimeter groß und dann können wir eine Linse einfügen. Aber man kann eine Linse oder einen Spiegel haben und den Strahl wieder fokussieren. Und wenn man ihn fokussiert, diese Linse kann mit dem Strahl wirklich, der Linse ist dann aus Beryllium gemacht und man hat einen Spiegel, der auch Röntgenstrahlen reflektiert. Also sehr wenig Energie wird absolviert. Aber sobald man den Strahl fokussiert, dann kann man den Strahl nicht mehr aufhalten. Ja, okay. Damit kommen wir zum Ende der Fragen auch. Vielen Dank für den Vortrag.