Computational Photon Science (CDL2)
Leiter des CDL 2: Dr. Anton Barty, Dr. Thomas White
Moderne Röntgenstrahlungsquellen wie PETRA III, der European XFEL und die geplante PETRA IV liefern in Kombination mit neuen Detektoren mit höherer Auflösung, erhöhtem Dynamikbereich und wachsender Ausleserate eine große Datenflut, die nicht nur Herausforderungen in den Datenauswertungen mit sich bringt, sondern schon am Grenzwert der möglichen Aufnahmerate und Speicherkapazität liegt. Um mit den zukünftig drastisch ansteigenden Datenraten Schritt zu halten, ist die Entwicklung einer robusten Verfahrenskette von der Datenauslese, -speicherung bis hin zur -verarbeitung dringend notwendig. Die wichtigsten Herausforderungen umfassen:
- Geeignete Datenreduktion durch Filtern der Messdaten auf Detektorebene („Triggering“)
- Quasi Echtzeitdatenauswertung, um zeitlimitierte Messzeiten optimal zu nutzen und zukünftig eine Echtzeit-Kontrolle des Experiments zu ermöglichen („Real-time feedback“)
Als Anbieter von Strahlungsquellen und Analyseverfahren für externe Nutzer (Universitäten, außeruniversitären Forschungseinrichtungen, und Industrie) sehen DESY und der European XFEL die Verantwortung, Daten zukünftig in ausgewerteter Form zur Verfügung zu stellen, da auf Seiten der Nutzer ein Engpass an fehlenden technischen Ressourcen und Know-How besteht, Rohdaten effizient auszuwerten.
Durch die erhöhten Datenmengen ergeben sich Chancen, im Bereich der hochaufgelösten Strukturbestimmung einen bahnbrechenden Wandel zu initiieren: Die neuen Quellen erlauben einerseits eine Verbesserungen der räumlichen Auflösung, aber zudem auch die Vermessung von dynamischen, also zeitlich aufgelösten Strukturänderungen. Mit diesen neuen Strahlungsquellen werden zukünftig Prozesse, wie chemische, katalytischen Reaktionen, lichtgetriebenen Reaktionen (Photosynthese) oder Phasenänderungen im Festkörper (z.B. Übergang zur Hochtemperatursupraleitung) zeitlicher und räumlicher Auflösung auf dem Level der Elektronen vermessen. In den Anwendungen knüpft dieses CDL stark an Themen des Exzellenzclusters CUI: Advanced Imaging of Matter an.
Beteiligte Arbeitsgruppen
Dr. Anton Barty, DESY, CFEL
Prof. Dr. Timo Gerkmann, Universität Hamburg, AG Signal Processing
Prof. Dr. Volker Gülzow, DESY, IT
Prof. Dr. Arwen Pearson, Universität Hamburg, Nanostruktur- und Festkörperphysik
Prof. Dr. Matthias Rarey, Universität Hamburg, Zentrum für Bioinformatik
Prof. Dr. Nina Rohringer, DESY, Photon Science
Dr. Thomas White, DESY, CFEL
Assoziierte Arbeitsgruppen
Dr. Steve Aplin, European XFEL
Prof. Dr. Henry Chapman, Universität Hamburg und DESY, Photon Science
Prof. Dr. Christian Schroer, Universität Hamburg und DESY, Photon Science