ديزي

مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة الألماني ( DESY ) ، اختصارًا لـ Deutsches Elektronen-Synchrotron ، هو مركز أبحاث وطني للعلوم الأساسية يقع في هامبورغ وزويثن بالقرب من برلين في ألمانيا . يُشغّل المركز مُسرّعات جسيمات تُستخدم لدراسة بنية المادة وديناميكيتها ووظائفها ، ويُجري طيفًا واسعًا من الأبحاث العلمية متعددة التخصصات في أربعة مجالات رئيسية: فيزياء الجسيمات والطاقة العالية ؛ علم الفوتونات ؛ فيزياء الجسيمات الفلكية ؛ وتطوير وبناء وتشغيل مُسرّعات الجسيمات. ويشير اسمه إلى أول مشروع له، وهو مُسرّع الإلكترونات المتزامنة . يُموّل مركز DESY من قِبل جمهورية ألمانيا الاتحادية وولايتي هامبورغ وبراندنبورغ ، وهو عضو في جمعية هيلمهولتز .

تتمثل وظيفة مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) في إجراء البحوث الأساسية لأغراض مدنية وسلمية بحتة. ويتخصص المركز في تطوير وبناء وتشغيل مسرعات الجسيمات ، وفيزياء الجسيمات ، وفيزياء الجسيمات الفلكية ، وبحوث علوم الفوتونات لاستكشاف العلاقات الأساسية بين بنية المادة وديناميكيتها ووظيفتها. وبالتعاون مع المنظمات الشريكة، تشمل أبحاث علوم الفوتونات التي يجريها المركز مجالات فيزياء الأسطح، وعلوم المواد ، والكيمياء ، والبيولوجيا الجزيئية ، والجيوفيزياء، والطب ، وذلك باستخدام إشعاع السنكروترون وليزر الإلكترون الحر . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

بالإضافة إلى تشغيل مرافق التسريع الكبيرة الخاصة بها، تشارك DESY في العديد من مشاريع البحث الدولية الكبرى، على سبيل المثال ليزر الإلكترون الحر للأشعة السينية الأوروبي في ألمانيا، ومصادم الهادرونات الكبير في سويسرا، وتجربة Belle II في اليابان، ومرصد IceCube للنيوترينو في القطب الجنوبي، ومرصد Cherenkov Telescope Array العالمي . ^{[ 3 ]}

يعمل مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) في موقعين. يقع الموقع الرئيسي في حي بارينفيلد بمدينة هامبورغ . وفي عام 1992، توسع المركز ليشمل موقعاً ثانياً في زويثن بالقرب من برلين .

توظف مؤسسة DESY حوالي 3000 موظف من أكثر من 60 دولة. يعمل معظم الموظفين في موقع هامبورغ، بينما يعمل حوالي 270 موظفًا في موقع زويثن. تشمل هذه الأعداد أكثر من 130 متدربًا في مختلف المهن الصناعية والتقنية، وحوالي 500 طالب دكتوراه وباحث ما بعد الدكتوراه تحت إشراف DESY. بالإضافة إلى ذلك، يوجد عدد كبير من طلاب الماجستير من جامعات مختلفة. ^{[ 5 ]}

يُعدّ مركز الأبحاث مؤسسةً مدنيةً ممولةً من الأموال العامة. في عام 2024، بلغت ميزانية مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة الألماني (DESY) السنوية حوالي 359  مليون يورو (وفقًا لخطة الميزانية الفيدرالية الألمانية كجزء من التمويل المؤسسي). ^{[ 6 ]} إضافةً إلى ذلك، بلغ دخل تمويل المشاريع حوالي 32  مليون يورو. تُوفّر وزارة البحث والتكنولوجيا والفضاء الفيدرالية الألمانية 90% من الميزانية السنوية، بينما تُوفّر مدينة هامبورغ الحرة والهانسية 10% لكلٍّ منهما. ^{[ 7 ]} وولاية براندنبورغ الفيدرالية الألمانية . ^{[ 8 ]}

DESY's accelerators were not all built at once, but were rather added one by one to meet the growing demand of the scientists for higher and higher energies to gain more insight into particle structures. In the course of the construction of new accelerators, the older ones were converted to pre-accelerators or to sources for synchrotron radiation for laboratories with new research tasks.

يتم تنظيم الأبحاث في مركز DESY في أربعة أقسام: المسرعات، وعلوم الفوتون، وفيزياء الجسيمات، وفيزياء الجسيمات الفلكية.

يُعنى قسم المُسرّعات بتطوير التقنيات الأساسية لمرافق المُسرّعات التي يستخدمها مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) وشركاؤه في مهمتهم العلمية. إلى جانب تشغيل وتطوير المرافق القائمة (مشروعا PETRA IV وFLASH2020+، وتوسيع نطاق مشروع XFEL الأوروبي)، تشمل الأنشطة الأساسية البحث في مفاهيم جديدة للمُسرّعات، ولا سيما تسريع البلازما باستخدام مجال الموجة ، وتحسين تقنية مُسرّعات الترددات الراديوية فائقة التوصيل . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

في قسم علوم الفوتونات، تُستخدم الفوتونات لدراسة بنية المادة وديناميكيتها ووظائفها. ولتحقيق هذه الغاية، يقوم القسم بتطوير وبناء وتشغيل خطوط الحزم الضوئية والتجارب في مصادر الضوء التابعة لمركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) ، وهما PETRA III و FLASH . يُجري أكثر من 3000 باحث سنويًا - معظمهم من الجامعات، بالإضافة إلى باحثين من مؤسسات بحثية غير جامعية وشركات صناعية - من أكثر من 40 دولة، تجارب في مصادر الضوء وفي مختبرات مركز DESY. [ ^{24 ] ويتراوح} نطاق البحث من البحوث الأساسية إلى البحوث التطبيقية والتعاون الصناعي في مجالات الفيزياء والكيمياء والأحياء والطب وعلوم الحياة وعلوم الأرض وبحوث ^المواد ، فضلًا عن دراسة التراث الثقافي . [ ^{25 ]}

يشارك قسم فيزياء الجسيمات في التجارب واسعة النطاق في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في مركز سيرن بالقرب من جنيف. وكجزء من التعاون الدولي الذي يُشغّل تجارب ATLAS و CMS ، يُساهم مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) في العديد من التطورات في مصادم الهادرونات الكبير، بدءًا من تصميم الأجهزة وتحليل البيانات وصولًا إلى الاستعدادات للتحديثات المُخطط لها. كما يُشارك المركز في تجربة Belle II في مصادم الإلكترون-بوزيترون SuperKEKB في مركز أبحاث KEK في تسوكوبا ، اليابان، بالإضافة إلى تطوير مصادمات خطية محتملة للإلكترون-بوزيترون في المستقبل. ويُعدّ المركز أيضًا نشطًا في مجال فيزياء الجسيمات النظرية. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

يُعنى قسم فيزياء الجسيمات الفلكية بدراسة العمليات عالية الطاقة في الكون. وتُستخدم أجهزة الكشف والتلسكوبات لتحليل النيوترينوات وأشعة غاما القادمة من الفضاء، والتي يمكن أن توفر معلومات حول الظواهر الكونية: الثقوب السوداء ، والنجوم المتفجرة، وانفجارات الإشعاع ذات الشدة القصوى. ولتحقيق هذه الغاية، يشارك مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) في تلسكوبات غاما MAGIC و HESS و VERITAS ، بالإضافة إلى تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما ، كما يُساهم في مرصد مصفوفة تلسكوبات تشيرينكوف (CTAO) المزمع إنشاؤه. وهو ثاني أكبر شريك في مرصد آيس كيوب للنيوترينو في القطب الجنوبي. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

تأسس مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) في 18  ديسمبر 1959 في هامبورغ. ^{[ 30 ]} ووفقًا لنظامه الأساسي، تتمثل مهمة DESY في "تعزيز البحث العلمي الأساسي [...] ولا سيما من خلال تطوير وبناء وتشغيل مسرعات الجسيمات واستخدامها العلمي، في علم الفوتونات وفي مجالات فيزياء الجسيمات وفيزياء الجسيمات الفلكية، وكذلك من خلال أعمال البحث والتطوير ذات الصلة". ^{[ 31 ]}

من عام 1959 إلى عام 2007، استُخدمت مُسرّعات مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) بشكل أساسي في فيزياء الجسيمات ، بدءًا بمسرّع الإلكترونات المتزامن (DESY ) الذي يحمل الاسم نفسه (1964-حتى الآن)، ثم مسرّع DORIS (مرفق التخزين الحلقي المزدوج، 1974-1992)، ومسرّع PETRA (مرفق الحلقة المزدوجة للبوزيترون والإلكترون، 1978-حتى الآن)، ومسرّع HERA (مسرّع الحلقة للهادرونات والإلكترونات، 1992-2007). في عام 1987، كانت تجربة ARGUS في مسرّع DORIS أول تجربة ترصد اختلاطًا كبيرًا لميزونات B ، وبالتالي عملية تتصرف فيها المادة والمادة المضادة بشكل مختلف. ^{[ 30 ] [ 32 ]} كان أهم اكتشاف لتجارب تاسو ، وجيد ، ومارك-جيه، وبلوتو في مسرع بيترا هو رصد الغلوون ، وهو جسيم ناقل للقوة النووية القوية ، عام 1979. ^{[ 30 ]} ومنذ عام 1990، عمل بيترا كمسرع أولي لحلقة التخزين الأكبر حجمًا هيرا، التي ضمت أربع تجارب هي إتش1 ، وزيوس ، وهيرميس ، وهيرا -بي . وكانت هيرا منشأة حلقة التخزين الوحيدة في العالم التي تصطدم فيها البروتونات بالإلكترونات أو البوزيترونات . في هذه التصادمات، عمل الإلكترون النقطي كمسبار، يمسح البنية الداخلية للبروتون ويجعلها مرئية بدقة عالية. شكلت رؤى هيرا الدقيقة لبنية البروتون الداخلية أساسًا للعديد من تجارب فيزياء الجسيمات الأخرى، لا سيما في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في مركز الأبحاث سيرن، وللعديد من التطورات في فيزياء الجسيمات النظرية. ^{[ 30 ] [ 33 ]}

بالتوازي مع ذلك، ومنذ ستينيات القرن الماضي، طورت فرق بحثية من مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) وجامعات مختلفة وجمعية ماكس بلانك تقنية استخدام إشعاع السنكروترون الناتج عن المسرعات. ^{[ 34 ]} ولتلبية الطلب الوطني والأوروبي المتزايد بسرعة، أنشأ مركز DESY مختبره الكبير الخاص: مختبر هامبورغ لإشعاع السنكروترون (HASYLAB)، الذي افتُتح عام 1980. ^{[ 35 ]} وقد وفر هذا المختبر محطات قياس في مسرع DORIS، وهناك أجرت عالمة الكيمياء الحيوية الإسرائيلية آدا يونات (الحائزة على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2009) تجاربها من عام 1986 إلى عام 2004، والتي أدت إلى فك شفرة الريبوسوم . ^{[ 30 ] [ 32 ]} ومنذ عام 1995، أُجريت تجارب على كلٍ من إشعاع السنكروترون وفيزياء الجسيمات في مسرع PETRA. وفي عام 2009، جرى تحديث مسرع PETRA ليُستخدم حصريًا كمصدر لإشعاع السنكروترون للأشعة السينية الصلبة (PETRA III). ^{[ 30 ]} يخدم جهاز PETRA III اليوم أكثر من 40 محطة تجريبية، وهناك خطط لتوسيعه ليشمل مجهر الأشعة السينية ثلاثي الأبعاد PETRA IV. ^{[ 36 ] [ 37 ]} مع إغلاق جهاز DORIS في أوائل عام 2013، تم التخلي عن اسم HASYLAB، ومنذ ذلك الحين يتم استخدام مصادر الضوء التابعة لمركز DESY في قسم علوم الفوتونات التابع له.

في أوائل التسعينيات، بدأ مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) بتطوير تقنية جديدة: تقنية مسرعات الترددات الراديوية القائمة على تجاويف فائقة التوصيل مصنوعة من النيوبيوم ، والتي تُبرَّد إلى حوالي 2 كلفن (-271 درجة مئوية) باستخدام الهيليوم السائل . وكان أول مسرع مبني على هذه التقنية عبارة عن منشأة اختبار للمسرعات الخطية فائقة التوصيل في مركز DESY لاختبار مبدأ الانبعاث التلقائي المُضخَّم ذاتيًا (SASE) لضوء ليزر الأشعة السينية. ^{[ 38 ]} وقد طُوِّرت نظرية SASE وصُقلت في مركز DESY وفي معاهد في روسيا وإيطاليا والولايات المتحدة الأمريكية بدءًا من عام 1980. ^{[ 39 ]} وفي الفترة من 2000 إلى 2001، كانت منشأة الاختبار في مركز DESY أول ليزر إلكتروني حر في العالم يُنتج ومضات ضوئية في نطاق الأشعة فوق البنفسجية الفراغية والأشعة السينية اللينة . ^{[ 38 ]} واليوم، تُنتج منشأة FLASH نبضات ضوئية فائقة القصر في نطاق الأشعة السينية اللينة لسبع محطات تجريبية. ^{[ 40 ]} منذ عام 2020، تم توسيعه لتحسين خصائص الإشعاع بشكل أكبر (مشروع FLASH2020+). ^{[ 41 ]}  

بين عامي 2009 و2016، قام اتحاد دولي بقيادة مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) بتطوير ليزر الإلكترون الحر للأشعة السينية الأوروبي ( European XFEL) . وتتولى شركة European XFEL GmbH ، وهي شركة غير ربحية، تشغيل هذا المرفق البحثي الدولي الذي يضم 12 دولة أوروبية مساهمة. ويُعدّ المسرّع الخطي فائق التوصيل، الذي يبلغ طوله 1.7 كيلومتر، جوهر هذا المرفق  . وبطاقة إلكترونية تبلغ 17.5  جيجا إلكترون فولت، يُعتبر هذا المسرّع الخطي فائق التوصيل الأقوى في العالم حتى الآن. ويتولى مركز DESY تشغيل المسرّع نيابةً عن شركة European XFEL GmbH. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

منذ عام 2010، يعمل مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) على تطوير تقنية مسرعات البلازما (التي تعمل بالليزر وحزم الإلكترونات) كبديل محتمل لتقنيات المسرعات التقليدية، بهدف تمكين تصنيع مسرعات مدمجة لعلوم الفوتونات وفيزياء الجسيمات، فضلاً عن التطبيقات الطبية والصناعية. ^{[ 44 ]}

يرأس مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) مجلس إدارة يتألف من مديري الأقسام الأربعة (المسرعات، وعلوم الفوتونات، وفيزياء الجسيمات، وفيزياء الجسيمات الفلكية) والإدارة، بالإضافة إلى مندوب مجلس الإدارة لشؤون الابتكار. وقد شغل منصب رئيس مجلس الإدارة حتى الآن: ^{[ 30 ]}

• 1959 إلى 1970: ويليبالد جينتشكي ، المدير المؤسس
• 1971 إلى 1972: فولفغانغ بول
• 1973 إلى 1980: هيرويج شوبر ^{[ 45 ]}
• 1981 إلى 1993: فولكر سورجل
• 1993 إلى 1999: بيورن هـ. ويك
• من عام 1999 إلى أوائل عام 2009: ألبريشت فاغنر
• من عام 2009 إلى مارس 2025: هيلموت دوش
• منذ 1 أبريل 2025: بيت هاينمان ^{[ 46 ]}

يضم حرم DESY في هامبورغ العديد من المراكز الوطنية والدولية التي تشارك فيها DESY. وهذه هي: ^{[ 47 ]}

• مركز علوم الليزر الإلكتروني الحر (CFEL): دراسة الظواهر فائقة السرعة باستخدام الليزر الإلكتروني الحر والليزر البصري، ودراسات تفاعل الضوء والمادة في ظل ظروف قاسية.
• مركز بيولوجيا الأنظمة الهيكلية (CSSB): بيولوجيا الأنظمة الهيكلية لدراسة عمليات العدوى على المستوى الجزيئي للفيروسات والبكتيريا والطفيليات
• مركز علوم الأشعة السينية والنانو (CXNS): دراسة المواد المكثفة باستخدام الأشعة السينية والأساليب التكميلية، والتصوير بالأشعة السينية عالي الدقة، وتحليل العمليات المادية

يهدف مركز أبحاث الإلكترونات المتزامنة (DESY) إلى دعم الشركات الناشئة وتحويل الخبرات المكتسبة من البحوث الأساسية إلى تطبيقات عملية. يقدم المركز الدعم للشركات التجارية في المسائل الصناعية، من خلال توفير وصول خاص للشركات إلى مصادر الفوتونات والمختبرات، كما يعمل على تطوير الأفكار والتطبيقات والمنتجات القائمة على البحوث الأساسية، ويدعم موظفيه في تأسيس شركات ناشئة تعتمد على تقنيات DESY في منطقتي هامبورغ وبراندنبورغ. يوفر DESY للشركات الناشئة إمكانية الوصول إلى المكاتب والمختبرات وورش العمل في قرية DESY للابتكار ومختبرات الشركات الناشئة في بارينفيلد، والتي أُنشئت بالتعاون مع جامعة هامبورغ ومدينة هامبورغ الحرة والهانسية .

• الموقع الرسمي