Nano-Technologie Mehr Licht für mehr Erkenntnis

"Petra III", der modernste Teilchenbeschleuniger der Welt, ist in Hamburg in Betrieb gegangen. Mit ihm können Forscher winzige Proteine und Nanopartikel durchleuchten.

© Angelika Warmuth/dpa

In der Experimentierhalle auf dem Campus des Deutschen Elektronen Synchrotrons (DESY) wird seit Montag geforscht: Von "PETRA III" erhoffen sich die Wissenschaftler neue Einblicke in die Struktur von Eiweißmolekülen und Nanomaterialien

Es ist kühl in der neuen Experimentierhalle des Forschungszentrums am Deutschen Elektronen-Synchroton (Desy), zugig und geschäftig. Beim Betreten des in türkis-blaues Dämmerlicht getauchten Raumes empfängt einen erwartungsvolles Gemurmel. Unter den Anwesenden ist auch Edgar Weckert, Projektleiter des Bereichs "Forschung mit Photonen" am Desy.

Der Mann mit den rot-blonden Haaren wirkt ausgelassen. Er wippt im Stehen, schüttelt im Vorbeigehen hier und da eine Hand und grinst spitzbübisch. Wie er sich fühle? "Super! Was denken Sie denn?" Schließlich wird in Kürze die neue Synchrotronstrahlenquelle Petra III (Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage) offiziell in Betrieb genommen.

Synchrotronstrahlungsanlagen gelten als die hellsten Lichtquellen auf der Erde. Die intensive Strahlung entsteht, wenn sehr schnelle elektrisch geladene Teilchen, wie Elektronen oder Protonen, in einem Magnetfeld abgelenkt werden. Das Spektrum der Strahlung reicht dabei vom Infrarot bis in den Röntgenbereich, wie bei Petra III.

Je intensiver die Röntgenstrahlen, desto komplexere Strukturen können Wissenschaftler damit untersuchen. "Mit Petra III können wir eine Reise ins Innere antreten", sagt Helmut Dosch, Vorsitzender des Desy-Direktoriums. "Eine Reise ins Innere der Erde, der Zelle und in das Innere von Proteinen." Dabei handele es sich nicht etwa um modellhafte Experimente, sondern um Untersuchungen am direkten Objekt.

Die erste Idee für das 225 Millionen Euro teure Projekt entstand im Jahr 2001. Sechs Jahre später wurde der Grundstein gelegt und der Beschleuniger bis 2009 fertig gestellt. Im Juli wurde der erste Röntgenstrahl an der Lichtquelle erzeugt. Den Nachweis, dass es sich dabei um den weltweit besten Strahl handelt, erbrachten die Forscher im Oktober. "Es ist uns gelungen, sehr viele Photonen auf kleinster Fläche von nur wenigen Quadratmillimetern zu bündeln", sagt Dosch.

Der entscheidende Vorteil eines so haarfeinen und höchst intensiven Röntgenlichtstrahls ist, dass sich damit auch winzig kleine Materialproben, wie zum Beispiel Proteine, genau untersuchen lassen. Auch die diesjährige Chemie-Nobelpreisträgerin Ada Yonath forschte einst am Desy, um die Struktur von Ribosomen aufzuklären.

Sie arbeitete damals mit Petras Vorgänger Doris. Diesen übertrumpft Petra, die erstmals 1978 in Betrieb genommen wurde und nunmehr in der dritten Generation ist, um ein Vielfaches. So ist der 2,3 Kilometer lange Speicherring heute die brillanteste Röntgenstrahlungsquelle samt Experimentierhalle mit rund 30 Messplätzen.

Im Zentrum der knapp 300 Meter langen Halle stehen die Messplätze jedoch noch im Dunkeln. Erleuchtet hingegen ist eine Bühne samt Rednerpult und leuchtend rotem Knopf. Von der Wellblechdecke hängen Boxen und eine Leinwand hinab. Zwischen Betonklötzen, Stahlträgern und Lüftungsschächten finden sich Nebelmaschinen und Scheinwerfer.

Anwesend sind nicht etwa Forscher in Kitteln, sondern Besucher in Anzug und Krawatte. Am Rednerpult auf der Bühne löst die Bundesministerin für Bildung und Forschung Annette Schavan (CDU) den Desy-Vorsitzenden Dosch ab, dann folgt Hamburgs Senatorin für Wissenschaft und Forschung Herlind Gundelach (CDU) und schließlich ergreift Jürgen Mlynek der Präsident der Helmholtz Gemeinschaft das Wort. Dass es sich bei der heutigen Technik, um eine Technik der Superlative handelt, darin sind sich alle einig.

Forscher aus aller Welt wollen mithilfe des Beschleunigers Werkstoffe optimieren, neue Medikamente und leistungsstärkere Speichermedien entwickeln. Den Proteinstrukturen wollen sie sich ab Mitte 2010 widmen. Loslegen würden sie jedoch am liebsten sofort.

"Wir wenden uns jetzt einem komplizierten Vorgang zu", sagt Dosch schmunzelnd. Es ist sein Höhepunkt an diesem Tag, der Moment auf den alle gewartet haben. Gemeinsam mit Schavan, Gundelach und Mlynek versammelt er sich um den roten Knopf und bittet die Herrschaften die Hände übereinander zu legen.

Fotoapparate blitzen, Kameras zoomen, vier Hände drücken auf den Button. Erst nach dem Knopfdruck startet der Countdown, den alle Beteiligten in ihrer Aufregung vergessen hatten. Er endet in einem pompösen Knall, dem symbolischen Startschuss für die Protonen und Elektronen, die von nun an durch den Ring jagen, begleitet von einer Lasershow und Musik.

Ob der Knopf nun zu früh gedrückt oder der Countdown zu spät ausgelöst wurde, bleibt eine Lappalie. Denn wie sagte noch Schavan in ihrer Rede: "Mit Petra III hat das Desy gezeigt, dass Deutschland in der Lage ist, Anlagen zu konzipieren, die heute Weltspitze sind und morgen Weltspitze neu definieren." Nur eben zehn Sekunden früher, als geplant.