Dieses Seminar fand vom 7. – 11. März 2022 in hybrider Form im Physikzentrum Bad Honnef statt und befasste sich mit den wissenschaftlichen Möglichkeiten, die moderne beschleunigerbasierte Lichtquellen eröffnen, sowie mit den technischen Fragen, um dieses Gebiet weiterzuentwickeln. Mehr als 90 Forscherinnen und Forscher von Universitäten und Forschungseinrichtungen aus vielen Ländern der Welt nutzten die Gelegenheit zu einem regen Austausch. Beschleunigerbasierte Lichtquellen wie Synchrotronstrahlungs- und Freie-Elektronen-Laser (FEL)-Anlagen haben sich zu unverzichtbaren Analyseinstrumenten für die moderne Wissenschaft entwickelt. Sie können extrem intensive und kollimierte Photonenstrahlen erzeugen, die sich vom sichtbaren Bereich bis zum härtesten Röntgenbereich erstrecken und auf Zeitskalen von wenigen Femtosekunden reichen – und die Entwicklung geht weiter. In den Sitzungen wurden die Quellen der vierten Generation mit erhöhter Brillanz und Kohärenz, wie die ESRF-EBS, sowie geplante Quellen wie PETRA IV, BESSY III und auch in Umbau befindliche FELs wie FLASH 2020+ vorgestellt. Diese geplanten neuen Quellen PETRA IV und BESSY III sind Teil der kürzlich vorgestellten „Helmholtz Photon Science Roadmap“. Sie werden revolutionäre neue Möglichkeiten mit Nanometerauflösung für alle bekannten Synchrotronstrahlungsmethoden zur Analyse komplexer Materialien und Proben zur Verfügung stellen. Bildgebende Verfahren, insbesondere von Nanopartikeln und biologischen Proben mit hoher Auflösung, waren eines der Hauptthemen, z.B. die Charakterisierung von Nanostrukturen oder Phasenkontrast-Röntgentomographie von Zellen und Geweben. Auch die Untersuchung magnetischer Ordnung oder die kohärenten bildgebenden Verfahren von dreidimensionalen magnetischen Systemen oder von Spin-Texturen im Nanometerbereich wurden diskutiert. Darüber hinaus wurde die benötigte Instrumentierung, wie neue ToF-Elektronen-Detektor und andere Entwicklungen, sowie achromatische Röntgen- oder Mehrschicht-Laue-Linsen vorgestellt. Zunehmend wichtiger werden Ansätze wie mathematisch basiertes maschinelles Lernen zum Verständnis oder die theoretische Berechnung elektronischer Strukturen und Röntgenspektren für XFEL-Experimente. Diese Beispiele zeigen, welche revolutionäre Phase beschleunigerbasierte Lichtquellen und Experimente an ihnen zurzeit gerade durchlaufen.

Wir danken dem Physikzentrum für die Bereitstellung der hervorragenden Infrastruktur, der WE-Heraeus-Stiftung für die finanzielle Unterstützung und allen Beteiligten für die hervorragende Organisation.

Prof. Edgar Weckert, DESY
Prof. Wim Leemans, DESY
Prof. Robert Feidenhans'l, European XFEL