\chapter{Der Speicherring DORIS}
%letzte Aenderung 23.9.08
\section{Speicherringe}
\index{DORIS}
Bald nach der Inbetriebnahme des Synchrotrons war die Gruppe H 
\glq{}Zukunftsprojekte\grq{} gegründet worden.
Bereits im Jahr 1966 legte sie einen Vorschlag zum Bau eines
3~GeV Elektron-Positron-Speicherrings vor, der auf Initiative von Klaus
Steffen \index{Steffen}\index{Speicherring} ausgearbeitet worden war. Warum 
schon zwei Jahre nach Betriebsbeginn des Synchrotrons
 etwas Neues vorschlagen?

Nun, die Vorlaufzeiten für die Realisierung eines neuen Projekts sind sehr 
lang.
Die Entscheidungsfindung und Ausarbeitung eines Vorschlags, die wichtigsten
Schritte für die Zukunft einer Institution, sollten nicht überhastet werden
und können leicht einige Jahre dauern. Danach kommt der Kampf um die
Genehmigung und im Erfolgsfall muss das neue Projekt dann realisiert werden.
Auch dies nimmt Jahre in Anspruch.
So gesehen kam die Initiative von Klaus Steffen keinesfalls zu früh. 

Aber warum ein Speicherring? Steffen war ein Physiker mit großer Phantasie,
Enthusiasmus und dem Drang, etwas Neues zu wagen. Vielleicht fand er die
Idee, noch ein weiteres Synchrotron zu bauen, zu langweilig. Im übrigen waren
Speicherringe zum neuen Spielzeug der Beschleunigerbauer geworden. 
Die allererste Idee dazu ging wohl auf Rolf Wideröe zurück, der Protonen 
mit negativen Wasserstoffionen kollidieren lassen wollte, aber er erkannte,
dass die Beschleuniger- und Vakuumtechnologie dafür noch nicht reif
 war \cite{Walw8}. Die ersten konkreten Vorschläge kamen auf der 
Beschleunigerkonferenz 1956 am CERN für einen 
Proton-Proton-Speicherring von D. Kerst und für einen 
Elektron-Elektron-Speicherring
von G. K. O'Neill, der die Sache mit einem ausgearbeiteten Vorschlag
weiter verfolgte~\cite{Nei61}. 

Auftrieb erhielt die Speicherring-Idee dann vor
allem durch den Vorschlag Bruno Touscheks, Elektronen und Positronen in einem
gemeinsamen Magnetring zu speichern, in dem sie in entgegengesetzten Richtungen
umlaufen würden. Man benötigte so nur einen einzigen
Ring und konnte Elektronen und Positronen mit entgegengesetzt gleichem
Impuls kollidieren lassen. Damit stand eine Energie der Kollision zur
Verfügung, die beim Beschuss ruhender Elektronen mit Positronen nicht in 
dieser Höhe
erzielbar war. Der tiefere Grund für diese Überlegenheit der Speicherringe 
bei hohen Energien ist in der Mechanik der speziellen Relativitätstheorie zu 
suchen. \index{Touschek}\index{ADA}\index{ADONE}

B. Touschek, ein Österreicher und Verfolgter des Naziregimes, hatte nach
dem Krieg ein Unterkommen in Rom gefunden. An dem nationalen italienischen 
Beschleunigerzentrum in Frascati wurde nach seinem Vorschlag 1962 der 
erste Elektron-Positron-Speicherring ADA \cite{Ada64} gebaut. Dies war 
vergleichsweise ein Spielzeug. Klaus Steffen
aber wollte etwas wirklich Großes. Er war damit in guter Gesellschaft. Auch
die großen mit DESY konkurrierenden Institute C.E.A. und SLAC hatten schon 
1964 
Vorschläge für einen  Elektron-Positron-Speicherring mit einer Energie
von 3~GeV in jedem Strahl vorgelegt.
Die Italiener hatten, ermutigt durch den Erfolg von ADA, schon den Bau eines
Speicherrings von 1,5~GeV, genannt ADONE, beschlossen. \addbigparskip

Welche neuen physikalischen Erkenntnisse waren aus damaliger Sicht von diesen
großen Speicherringen zu erwarten? Es waren im wesentlichen drei Themen: 

Erstens war es möglich, die Gültigkeit der Quantenelektrodynamik (QED) bei
höheren Energien als je zuvor zu überprüfen, und zwar mit Hilfe von 
Reaktionen, bei denen ein
Elektron und Positron in zwei Photonen oder in ein Myonpaar übergingen oder 
auch durch ihre elastische Streuung. 

Zweitens war die Annihilation in mehrere Hadronen möglich; Gutachter wie
L. van Hove und W. K. H. Panofsky unterstrichen deren Wichtigkeit. Dies war 
ziemlich spekulativ; vor allem der Wirkungsquerschnitt ließ sich (damals) 
nicht berechnen. 

 Drittens konnte man die Annihilation in ein
Hadron-Antihadronpaar beobachten, also etwa in ein Paar von K-Mesonen oder
Pionen, oder Reaktionen wie $e^{+}\, e^{-} \to$ $Proton$ $Antiproton$ 
oder $e^{+}\, e^{-}\to$ $Hyperon$ 
$Antihyperon$. Dies gestattete die Messung des Formfaktors dieser Teilchen
im sogenannten zeitartigen Bereich, eine Information, von der man sich neue und
tiefgehende Informationen über die Struktur dieser Teilchen versprach.
Dies galt als der interessanteste Aspekt. Leider hatte man
gute theoretische Gründe zu vermuten, dass der Wirkungsquerschnitt für
solche Prozesse sehr rasch mit wachsender Energie $E$ abnehmen würde, etwa
wie $1/E^{10}$. Als Konsequenz musste ein Speicherring sehr hohe 
Luminosität\footnote{Siehe Glossar}
haben, damit bei hoher Energie noch eine messbare Zählrate erreicht werden
konnte. \addbigparskip

Der von Klaus Steffen in der endgültigen Version entworfene Speicherring 
erfüllte 
diese Forderung -- auf dem
Papier: Elektronen und Positronen wurden in zwei getrennten Ringen geführt
und trafen sich in zwei Kollisionspunkten. Mit dieser aufwändigen
Konstruktion hoffte man, Instabilitäten in den gespeicherten Strahlen zu 
vermeiden, wie sie bei den
benötigten hohen Strahlströmen aufzutreten drohten und zum 
Strahlverlust führen würden.

\section{Konsultation und Entscheidungsfindung}
\index{DORIS Entscheidung}
Sollte DESY also auch einen Speicherring bauen? Zu dieser Frage führte 
Jentschke eine breit angelegte Konsultation durch. Natürlich war ex officio
der Wissenschaftliche Rat des DESY involviert, aber Jentschke fragte auch die 
Mitarbeiter von DESY und Experten des In- und Auslandes.
Eine näherliegende Idee war, an Stelle eines Speicherrings ein  
größeres Elektronen-Synchrotron
zu bauen. DESY hatte jetzt die notwendige Erfahrung dafür erworben, und der
wissenschaftliche Erfolg, der sich abzeichnete, legte es nahe, dass mit
einer noch größeren Maschine dieser Weg fortgesetzt werden konnte.
Speicherringe waren dagegen vergleichsweise Neuland. \addbigparskip 

Niemand hatte je einen
Speicherring mit einer Elektronen-Energie von mehreren GeV gebaut, und die 
Aussichten auf ein interessantes
Forschungsprogramm waren bestenfalls spekulativ. Dementsprechend wurde ein
Speicherring damals nicht als die nächste große
Zukunftsinvestition angesehen, sondern eher als ein Versuch, an der Erkundung
einer möglicherweise interessanten neuen Richtung der Physik teilzunehmen.
Als wirkliches Zukunftsprojekt galt damals nach wie vor ein größerer
Beschleuniger. Die meisten Gutachter scheinen sich damals darin einig gewesen
zu sein.
% So schrieb Panofsky z.\,B.:\glq{}The storage ring would be no substitute for 
%a new accelerator, because a storage ring cannot support as large a scientific
%community.\grq{}
Also, sollte DESY einen Schritt in eine unbekannte Richtung wagen? 
Alle US-Amerikaner antworteten mit \glqq{}ja\grqq{}. Die deutschen Professoren gaben
mehrheitlich dieselbe Antwort, zum Teil mit Vorbehalt, da zu derselben Zeit 
auch
der Bau eines Protonenbeschleunigers in Karlsruhe diskutiert wurde. Die 
Physiker am DESY antworteten mehrheitlich:
\glqq{}Meinetwegen, falls das unser Experiment am Synchrotron und
auch die weitere Verbesserung des Beschleunigers nicht stört.\grqq{} 

Das sorgfältigste und detaillierteste Gutachten kam im März 1967 von zwei 
prominenten
Hamburger Theoretikern, Hans Joos und Harry Lehmann, und es war negativ.
Aber alle ihre Argumente waren richtig! Zuerst sagten sie, dass das
Synchrotron noch zehn fruchtbare Jahre der Forschung vor sich hätte; das
war richtig, die Messungen gingen tatsächlich noch bis 1978. Dann sagten 
sie, dass es
sehr unwahrscheinlich sei, dass die Quantenelektrodynamik gerade in dem
engen neuen durch den Speicherring zugänglichen Energieintervall verletzt 
würde; und
das war auch richtig, denn selbst am LEP-Speicherring konnte 30 Jahre später
 bei der 30fachen
Energie des DESY-Speicherrings keine Abweichung von den Vorhersagen der QED 
gefunden 
werden. Dann sagten sie, dass die (für die damals betrachteten Reaktionen)
zu erwartenden Zählraten viel zu klein für vernünftige Untersuchungen
sein würden. Auch darin hatten sie recht, da der Speicherring später
bei weitem nicht die angekündigte Luminosität erreichte. Aus allen diesen
Argumenten leiteten sie
ihre absichtlich etwas provokante Empfehlung ab: Das Synchrotron ist 
interessant genug,
ein Speicherring lohnt sich nicht, lasst es bleiben. 

Diese Empfehlung war, wie 
sich später herausstellte, falsch. Warum? Weil sie von dem Wissen
der Physik und der Wirkungsquerschnitte ausging, das 1967 als gesichert
galt. 
 Falls nämlich die Wirkungsquerschnitte in der Tat mit der Energie $E$ wie
 $1/E^{10}$ abnahmen, 
wie die landläufige Meinung war, dann war die Hadronerzeugung 
nicht zu messen. Wie aber, wenn 
der Wirkungsquerschnitt viel langsamer abnahm, etwa wie $1/E^2$? Dann gäbe es
etwas Interessantes zu sehen. So gab es z.\,B. eine Spekulation von Bjorken 
\cite{Bj66}, der ausgehend von der Stromalgebra und einem Quarkmodell ein 
solches
Verhalten für möglich hielt. Er sagte: \glqq{}Falls ein bestimmtes Integral 
divergiert, 
wie es diese Integrale normalerweise tun, dann geht der Wirkungsquerschnitt wie
$1/E^2$, aber nehmt dies nicht als Beweis.\grqq{} Nun gibt es ein Wort von
Lichtenberg: \glqq{}Man muss etwas Neues machen, um etwas Neues zu sehen\grqq{}
\cite{Lic72}. Der DESY-Speicherring
war etwas Neues, und vielleicht würde man ja doch etwas Interessantes sehen.
Dieses mehr gefühlsmäßige Argument gab schließlich den Ausschlag. 

Warum kam damals niemand auf die Idee, dass die Schlüsselreaktion an 
einem Speicherring die Annihilation von Elektron und Positron in ein
Quark-Antiquark-Paar sein würde und damit hochinteressant? Im Rückblick 
kann man nur
sagen: \glqq{}Wie konnten wir nur so blind sein!\grqq{} Damals aber wurde das Quarkbild 
überhaupt
nicht ernst genommen. Es war nicht gelungen, Quarks nachzuweisen, sie
hatten komische drittelzahlige Ladungen, und so meinte man, dass es
sich bei ihnen lediglich um eine mathematische Hilfskonstruktion handelte,
 die man über Bord werfen würde, sobald die \glq{}wahre\grq{} Theorie
da wäre. Selbst Gell-Mann, einer der Erfinder der Quarks, hat zeitweise 
diese Ansicht vertreten.
Als nach der Entdeckung der tief unelastischen Elektron-Proton-Streuung 
den Leuten das Quarkmodell sozusagen ins Gesicht starrte, weigerten sie sich
immer noch, 
die Quarks zu sehen, und sprachen statt dessen aus den verschiedensten
Gründen unverbindlich von \glq{}Partonen\grq{}. 

Die ersten Ergebnisse von Speicherringen hoher Energie zu diesem Thema wurden 
auf der \glq{}International
Conference on High Energy Physics\grq{} in Chicago 1972 \cite{Sil72} und auf der
Elektron-Photon-Konferenz in Bonn 1973 vorgestellt \cite{Str73}. Sie kamen vom
ADONE-Speicherring in Frascati und vor allem von dem \glq{}bypass\grq{} am C.E.A., wo 
das dortige 
Synchrotron nach der Ablehnung des Antrags, einen richtigen Speicherring zu 
bauen, unter der Leitung von G. A. Voss in einen behelfsmäßigen
Elektron-Positron-Speicherring umgewandelt worden war \cite{By67}. 
\index{ADONE}\index{bypass}\index{Voss}
Die Messungen zeigten, dass der Wirkungsquerschnitt für Annihilation in
Hadronen groß war. Dies war sensationell, aber immer noch gab es Zweifel
am Quarkmodell.
Erst die spektakulären Ergebnisse der Speicherringe am SLAC und
am DESY in den folgenden Jahren überzeugten auch die letzten Skeptiker
 von der Realität des Quarkbildes.  \addbigparskip

\section{Beschlussfassung}

Auf der offiziellen Ebene wurde der erste Speicherringvorschlag 
 im Wissenschaftlichen Rat am 9/10.\,12.\,1966 diskutiert. Vorangegangen war am 
13.\,10.\,1966 eine etwas \index{Direktorium}
schmerzhafte Diskussion im DESY-Direktorium, das sich nicht zu
einer klaren Stellungnahme durchringen konnte.
Der wissenschaftliche Rat gab eine Empfehlung ab, die als vorsichtig 
optimistisch gelten konnte und die 
vorherrschende konservative Meinung über die Physikziele wiederspiegelte:
Das Speicherringprojekt sei im Prinzip interessant und die Planung solle
weiter gehen. Jedoch müssten vor einer endgültigen Beschlussfassung 
die folgenden Fragen untersucht werden:  \index{Wissenschaftlicher Rat}
\begin{itemize}
\item Was sind die genauen Kosten? 

\item Kann der Speicherring auch bei einer kleineren Energie wie z.\,B. 1~GeV 
betrieben werden?  

\item Ist die erforderliche Luminosität zu erreichen? 

\item Und wie passt der
Plan in das allgemeine deutsche Programm über die zukünftige Finanzierung
der Hochenergiephysik?  
\end{itemize}

Bei der letzteren Frage ging es um die Abstimmung
verschiedener Zukunftspläne, alle nicht gerade billig: Ausbau von CERN mit
dem ISR (einem Proton-Proton-Speicherring) und einem 300~GeV 
Protonen-Beschleuniger, sowie Bau eines Protonen-Beschleunigers
mittlerer Energie in Karlsruhe und eben der DESY-Speicherring. Zugunsten DESYs
 sprach, dass viele Physiker dem Ausbau von CERN die Priorität vor einem
Beschleuniger in Karlsruhe gaben, dass es politisch einfacher ist, dem
Ausbau einer existierenden Forschungsanlage zuzustimmen als einer
Neugründung, und dass der DESY-Plan finanziell vergleichsweise bescheiden
war mit Kosten unter 100 Mio DM. Sehr hilfreich war sicher auch, dass sich 
Heisenberg für den Ausbau von DESY einsetzte \cite{Hab89}.  

Inzwischen hatten Klaus Steffen und sein Team
im Sommer 1967 die Fragen des Wissenschaftlichen Rats mit einer revidierten
Fassung des Speicherringvorschlags \cite{Stef67} beantwortet, die im September
offiziell vorlag. Er sah zwei übereinanderliegende
Speicherringe vor, einen für Elektronen und einen für Positronen. Mit 
dieser Konstruktion hoffte man eine gegenseitige Beeinflussung der hohen
Strahlströme zu vermeiden (die Luminosität ist proportional dem Produkt der
Strahlströme). An  zwei gegenüberliegenden  
 60~m langen geraden Stücken sollten die zwei entgegengesetzt umlaufenden
Teilchenströme zur Kollision gebracht werden. Diese
 Kollisionszonen sollten mit einer \glq{}low beta insertion\grq{}
ausgestattet werden, ein Trick, den K. Robinson und G. A. Voss~\cite{Rob66} 
ersonnen hatten, um
in der Wechselwirkungszone eine enge Strahltaille zu machen, was zu einer
hohen Kollisionsrate führt. Die bei diesen Kollisionen 
erzeugten
Teilchen würden von großen Detektoren registriert und analysiert. Die 
Luminosität musste möglichst groß sein. Sie war für eine Strahlenergie 
von 1,5~GeV optimiert,
denn ungefähr dort vermutete man das Zentrum des wissenschaftlichen
 Interesses. Die Tabelle~\ref{tab-doris} zeigt die wichtigsten Parameter des 
Vorschlags.

\begin{table}[h]
%\centering
\caption{Der DORIS-Projektvorschlag aus dem Jahr 1967.}
\begin{tabular}{ll}
\toprule
Umfang                  &      288~m   \\
zwei lange gerade Stücke &    je 60~m   \\
Krümmungsradius der El.-Bahn &     12,4~m   \\
maximale Strahlenergie  &     3~GeV    \\
Soll-Luminosität bei 3~GeV &  $0,3 \cdot 10^{33}$/cm$^2$ s \\
Soll-Luminosität bei 1,5~GeV & $0,8 \cdot 10^{34}$/cm$^2$ s \\
Soll-Strom bei 3~GeV              & je 1,1 A          \\
Soll-Strom bei 1,5~GeV            & je 15 A   \\
maximale Magnetleistung          &  4,2~MW    \\
maximale Hochfrequenzleistung   &  1,5~MW      \\ 
\bottomrule
\end{tabular}
\label{tab-doris}
\end{table} 

Die Doppelspeicherring-Struktur gab dem Ding auch seinen Namen:
\glqq{}DOppelRIngSpeicher DORIS\grqq{}. \index{DORIS} 
 Jentschke verschickte diesen Vorschlag mit der Botschaft: \glqq{}Das 
ist der geplante Ausbau von DESY\grqq{} an die Mitglieder des Wissenschaftlichen 
Rats und an die Geldgeber. Dem Min.Rat Dr. Leo Prior\index{Prior}, zuständiger      
Fachreferent   im
BMFT, war es im Sommer 1967 gelungen, die DESY-Zahlen in die mittelfristige
Finanzplanung einzugliedern. Damit war die Sache im Prinzip gelaufen 
\cite{Hab89}. Die\index{DORIS Entscheidung}
deutsche Atomkommission, welche den Vorschlag erhalten hatte, befasste sich
in ihrem Arbeitskreis Physik damit und beauftragte eine
ad hoc Kommission, im wesentlichen aus ehemaligen oder gegenwärtigen
Mitgliedern der wissenschaftlichen Rats von DESY unter dem Vorsitz 
von Prof. Gerhard Knop, Universität Bonn, mit\index{Knop} 
einer Stellungnahme. Diese lag am 26.\,11.\,1967 vor und empfahl die Annahme des 
Projekts. Der Verwaltungsrat, der am 20.\,11.\,1967 tagte, sprach sich für
den Bau von DORIS aus, wobei er ein positives Votum der Atomkommission 
voraussetzte. Die Details der Finanzierung zwischen dem Bund und Hamburg
wurden bei einem Treffen auf der Ebene der Staatssekretäre in Bonn am 
20.\,2.\,1968 geregelt und damit erhielt DESY in der Sitzung des Verwaltungsrats 
am 23.\,2.\,1968
grünes Licht zum Bau von DORIS. Der wissenschaftliche Rat, in seiner
Sitzung am 5.\,1.\,1968 von dem Votum der ad hoc Kommission unterrichtet, stimmte
dem Bau von DORIS ebenfalls zu. 
 Die Vorbereitungen zum Bau konnten so 1968 und der Bau selbst 1969 beginnen.


\section{Der Bau des DORIS-Speicherrings}
\index{DORIS Bau}
Im Jahr 1968 legten der Bund und Hamburg ein Investitionsprogramm
für die Weiterentwicklung von DESY in Höhe von 100 Mio DM auf.
Davon waren 85 Mio für den Bau des Speicherrings und 15 Mio für den
Ausbau der Infrastruktur bestimmt. Im Vorgriff auf die Finanzreform
beabsichtigten der Bund und Hamburg die Kosten im Verhältnis 85:15
zu teilen. 

Damit konnten die Vorbereitungen zum Bau des Speicherrings anlaufen:
Die Entwürfe für das Speicherringgebäude und die großen technischen
Komponenten wurden überarbeitet und erste Spezifikationen für die
Vergabe von Aufträgen an die Industrie verfertigt.

Parallel dazu erfolgten jahrelange umfangreiche theoretische Studien, um das
Stabilitäts- oder besser Instabilitätsverhalten des Speicherrings bei
großen Stromstärken zu untersuchen. In diesem Regime ist der Speicherring
grundsätzlich instabil, und um trotzdem eine kleine Insel der Stabilität
zu finden, muss der Speicherringbauer seine ganze Kunst aufwenden. In der
richtigen Erkenntnis, dass dies das Zentralproblem sein würde, machte
die Speicherringgruppe große Anstrengungen. Vielleicht ist es symptomatisch
für den zunehmenden Realismus, dass der Wert für die maximale
Luminosität, der im Projektvorschlag noch $8 \cdot 10^{33}$ cm$^{-2}$ 
s$^{-1}$ gewesen war,
im Jahresbericht 1971 auf $10^{33}$ und 1972 auf $2 \cdot 10^{32}$ schrumpfte.
Und es sollte noch schlimmer kommen. Wie gut, dass in der physikalischen
Begründung des Projekts ein Sicherheitsfaktor von 10 bis 100 für die
Luminosität verwendet worden war.  \addbigparskip

Mit dem Bau des Speicherringgebäudes und der Vergabe der ersten großen 
Aufträge an die Industrie wurde 1969 begonnen. Im selben Jahr erfolgte
auch eine für die zukünftige Speicherringphysik entscheidende Änderung
des Entwurfs: In einer Direktoriumssitzung am 11.\,12.\,1969 sagte Jentschke 
bei einer
Diskussion über die Spezifikation der Speicherringmagnete plötzlich:
  \glqq{}Lasst uns die Magnete
größer machen, damit der Speicherring auf höhere Energie gehen kann.\grqq{}
Dies war zwar gegen die Vorgaben des wissenschaftlichen Rats, öffnete aber
das Tor zu der späteren spektakulären Physik der $b$\nobreakdash-Quarks (die damals 
noch nicht entdeckt waren).

Der Bau von DORIS ging planmäßig voran. Leider konnte
 Jentschke nicht mehr bis zur endgültigen Fertigstellung dabei sein,
da er die Berufung als Generaldirektor von CERN annahm und diesen Posten
zum 1. Januar 1971 antrat. Vorher aber griff er nochmals entscheidend ein,
um das Projekt auf dem richtigen Kurs zu halten. Es ist die eine Sache,  
 innovative Ideen auszuarbeiten und vorzustellen; es ist eine
ganz andere Sache, ein Projekt in einem vorgegebenen Kosten- und Zeitrahmen
zu realisieren. Hierfür war eine andere Art von Talent erforderlich.
Mit Takt und Geduld sorgte Jentschke dafür, dass die Führungsriege für 
den Bau des \index{Jentschke} 
Speicherrings entsprechend verstärkt wurde. So stieß Donatus Deg\`ele, 
bis dahin \index{Deg\`ele}
Leiter des Hallendienstes, zum Speicherringbau. Damit
 hatte das Team der Maschinenexperten von DESY eine wichtige
Verstärkung erfahren, die sich auch bei den weiteren Speicherringprojekten
segensreich auswirken sollte. \addbigparskip

Als Nachfolger von Jentschke war Professor Wolfgang Paul aus Bonn zum 
Vorsitzenden des Direktoriums ernannt worden und er übernahm dieses Amt
ab Januar 1971
(Abb.~\ref{fig-paul}).

\begin{figure}[ht]%
\begin{center}
\includegraphics[width=\textwidth]{bilder/paul}%
\caption[Paul]{Professor Wolfgang Paul (r), im Gespräch mit Professor Volker 
Soergel (DESY-Archiv). \index{Paul}\index{Soergel} }%
\label{fig-paul}%
\end{center}
\end{figure}


 Paul, der später den Nobelpreis für seine Arbeiten zur
Ionenspeicherung erhalten sollte (\glq{}Paulfalle\grq{}), war ein Physiker der alten
Schule. Er hatte in Bonn mit seinen Mitarbeitern das erste 
Elektronen-Synchrotron
Europas nach dem Prinzip der starken Fokussierung gebaut -- eine echte 
Pionierleistung.
An dem mehr industriellen Stil, in dem DORIS gebaut wurde, fand er, oft zu 
Recht, manches auszusetzen und er hat, basierend auf seinem reichen 
Erfahrungsschatz, in vielen Fällen korrigierend eingegriffen.
 Er hat DESY einen großen Dienst erwiesen, indem er
bereit war, die Lücke zu schließen, die durch den Weggang von 
Jentschke entstanden war, und hat DESY bis Mai 1973 geleitet.
Dann wurde Professor Herwig Schopper aus Karlsruhe zum neuen Vorsitzenden des 
Direktoriums 
berufen  (Abb.~\ref{fig-schopper}). \index{Schopper} Schopper hatte 
sich durch
seine Arbeiten auf dem Gebiet der schwachen Wechselwirkung und durch  
 Experimente am DESY und CERN  einen 
 Namen gemacht und verfügte
darüber hinaus über ein großes Talent als Wissenschafts-Administrator
mit beachtlichem diplomatischem Geschick.  \addbigparskip

\begin{figure}[h]%
\begin{center}
\includegraphics[width=\textwidth]{bilder/schopper}%
\caption[Prof.Schopper]{Professor Herwig Schopper, Vorsitzender des 
DESY-Direktoriums 1973--1980 (DESY-Archiv). }%
\label{fig-schopper}%
\end{center}
\end{figure}

Eine weitere 
Personalie war 1971 zu verzeichnen: Björn H. Wiik, ein \index{Wiik} 
junger norwegischer Experimentalphysiker, stieß zu DESY. Er hatte in Darmstadt
studiert und sich anschließend am SLAC an wichtigen Experimenten beteiligt. 
Am DESY glaubte
er, seine Ideen eher verwirklichen zu können als am SLAC. Er brachte auch
gleich eine interessante Idee für einen Detektor am DORIS-Speicherring
mit, die in Zusammenarbeit mit Kollegen am DESY  zum DASP-Detektor
führte. \index{DASP}  \addbigparskip

Im Januar 1973 kam Gustav Adolf Voss aus Cambridge (USA)
zu DESY und übernahm das Amt des für die
Beschleuniger zuständigen Direktoriumsmitglieds. Dies war ein
für die Zukunft DESY's entscheidender Schritt; er ist der Initiative von
Wolfgang Paul zu verdanken. Voss war in der Anfangszeit schon einmal am DESY 
tätig gewesen. Im Jahr 1959 war er von
 Jentschke an den Cambridge Electron Accelerator entsandt worden, um die 
Kunst des Beschleunigerbaus zu erlernen. Er war dort geblieben
und hatte durch Leistungen wie die Erfindung der \glq{}low beta
insertion\grq{} und den Bau des C.E.A. \glq{}bypass\grq{} weltweite Reputation gewonnen. 
Nachdem
der C.E.A. geschlossen worden war, konnte Voss trotz sehr attraktiver 
Angebote
aus den USA für Hamburg gewonnen werden, wobei wohl auch private Gründe
eine Rolle spielten. Voss vereinigte große wissenschaftliche Qualitäten mit
ebensolchen im Management, und in den kommenden Jahren hat er die
erfolgreiche Entwicklung von DESY maßgeblich gestaltet
(Abb.~\ref{fig-voss}). Gleich zu Beginn
 seiner Tätigkeit zeigte er eine Probe seiner Fähigkeiten als Manager:
Er erreichte die von Experten bestaunte Vereinigung der Vakuumgruppen des
 Synchrotrons und der Gruppe H (DORIS) zu einer gemeinsamen Gruppe \glqq{}HSV\grqq{}.


\begin{figure}[ht]%
\begin{center}
\includegraphics[width=7cm]{bilder/voss}%
\caption[Voss]{Professor Gustav Adolf Voss (DESY-Archiv).\index{Voss} }%
\label{fig-voss}%
\end{center}
\end{figure}


Ende 1973 war DORIS soweit: Bis auf etwa ein Drittel der 
Stromversorgungsgeräte
war alles bereit. \index{DORIS Inbetriebnahme}
 Die letztere Schwierigkeit wurde durch Improvisation
überwunden, und dann konnten am 20.\,12.\,1973 die ersten Elektronen 
gespeichert werden. Die endgültige Fertigstellung des Speicherrings erfolgte
zügig und dann kam der lange und mühevolle Kampf gegen die 
Strahl\-instabilitäten. Die beiden in getrennten Ringen
gespeicherten Strahlen werden an zwei Stellen durch Ablenkung zur Kollision 
gebracht. An diesen zwei Wechselwirkungspunkten durchdringen sich die beiden
Strahlen unter einem bestimmten Winkel, und dieser Kreuzungswinkel
führt zu großen Problemen. Er erzeugt eine Kopplung zwischen den 
transversalen
Betatron- und den in Strahlrichtung erfolgenden Synchrotronschwingungen.
Immer wenn eine ganzzahlige Kombination der Frequenzen dieser Schwingungen
mit der Umlauffrequenz der Teilchen übereinstimmt, kommt es zu einem 
resonanzartigen Aufschaukeln der Wirkung kleiner Störungen im Ring und die
Strahlen gehen verloren. Durch die Kombination von Betatron- und 
Synchrotronschwingungen liegen diese verbotenen Resonanzlinien so dicht
beieinander, dass keine stabile Einstellung der Beschleuniger-Parameter 
gefunden werden konnte. Der einzige Ausweg war, die
Strahlströme zu erniedrigen. Erst mehr als 20 Jahre später wurde das
Problem an
dem Hoch-Luminositäts-Speicherring KEKB in Japan
 mit Hilfe sehr involvierter Konstruktionen gelöst.  \addbigparskip

Am 18. Juni 1974 wurde DORIS
offiziell dem Betrieb übergeben. Die Sollstromstärken und die
Soll-Luminosität waren infolge der geschilderten Schwierigkeiten bei
weitem nicht erreicht worden, und dies blieb auch so. Damit hatte DORIS keinen 
Wettbewerbsvorteil gegenüber der einfacheren Ein-Ring-Maschine, die SLAC 
gebaut hatte.
Glücklicherweise waren die Zählraten trotzdem ausreichend für eine 
erfolgreiche experimentelle Arbeit wegen der neuen Entwicklungen in der
Physik,  die im folgenden Kapitel unter dem Stichwort \glq{}Novemberrevolution\grq{}
erklärt werden. 

Ende 1974 war das experimentelle Programm in vollem Gang, mit Strahlströmen
von 800 mA für Elektronen und 400 mA für Positronen. Die maximale
Luminosität betrug knapp $10^{30}$/cm$^2$ s. Die Abb.~\ref{fig-dorisr} zeigt
einen Blick in den Tunnel des Doppelspeicherrings. 

\begin{figure}[ht]%
\begin{center}
\includegraphics[width=\textwidth]{bilder/dorisr}%
\caption[DORIS]{Der Doppelspeicherring DORIS (im Bau) (DESY-Archiv). 
          \index{DORIS-Ring} }%
\label{fig-dorisr}%
\end{center}
\end{figure}

\section{Die Vorbereitung der Speicherringexperimente}
Die Vorbereitung  der Experimente war zunächst eher schleppend verlaufen. 
Niemand
konnte ja die Ereignisse der \glq{}Novemberrevolution\grq{} voraussehen, und so baute
sich das Interesse nur allmählich auf.  
Zunächst war es nur eine Gruppe, F39 unter der Leitung von Pedro
Waloschek,\footnote{Pedro Waloschek,
leitender Wissenschaftler am DESY, hatte an den Universitäten Bologna und 
Bari unterrichtet.
Er hatte gute Verbindungen zu italienischen Kollegen, was für DESY
nützlich war.}  
 die ab 1969 aktiv wurde. Sehr früh fiel eine wichtige 
Entscheidung. \index{F39}\index{Waloschek}\index{DORIS Detektor}
 Der Speicherringdetektor sollte (auch) für den Nachweis von
Reaktionen mit vielen Teilchen im Endzustand geeignet sein und deshalb 
einen möglichst großen Raumwinkel für den Teilchennachweis überdecken.
Dies war im
Licht des damaligen physikalischen Erkenntnisstands nicht selbstverständlich.
Eine Entscheidung, die damit eng verknüpft war, betraf das Magnetfeld, 
benötigt um die Impulse
der erzeugten Teilchen zu messen. 

Im DORIS-Speicherringvorschlag \cite{Stef67} wurden zu dieser Frage zwei 
Anordnungen 
diskutiert. Die eine Anordnung sah eine Reusenspule vor, bei der die Feldlinien
ringförmig um den Speicherringstrahl herumgeführt wurden. Die zweite
Möglichkeit war die Verwendung einer Solenoidspule, bei der die Wicklungen 
den
Speicherringstrahl umschlossen und ein Magnetfeld parallel zum Strahl 
erzeugten. Die Vor- und Nachteile sind in dem Bericht aufgeführt. Die 
Reusenspule erzeugt
 am Ort der Speicherringstrahlen nur ein schwaches Magnetfeld, beeinflusst
also den Speicherring weniger als das Feld der Solenoidspule. Es stellte sich 
dann allerdings heraus, dass dieser Vorteil gering wog, da die Wirkung des
Solenoidfeldes auf die im Speicherring umlaufenden Elektronen relativ gut 
kompensiert werden kann. Davon abgesehen hatte die Reusenspule
 nur Nachteile: Sie war technisch schwieriger zu realisieren, die 
unvermeidlichen Spulen lagen mitten im Messvolumen und das inhomogene 
Magnetfeld
machte die Auswertung der Reaktionen deutlich schwieriger. 
Die Gruppe F39 unter der Leitung von Waloschek entschied sich im 
Lichte dieser Überlegungen für einen
 Solenoid-Magneten. Dies war die richtige Wahl.
Bis zum heutigen Tag ist diese Magnetfeldkonfiguration für praktisch alle
Speicherringexperimente gewählt worden.
 Die nächste wichtige Entscheidung war, diesen Magneten
in supraleitender Technologie auszuführen. Um diese Technologie zu lernen
 wurde beschlossen,
zunächst einen \glq{}kleinen\grq{} Magneten von 1,4~m Durchmesser, einer Länge von
1,05~m und einem Feld
von 2 Tesla bei der Industrie in Auftrag zu geben, sozusagen als Vorstufe 
für  
einen großen Speicherring-Detektor, und mit der Möglichkeit, ihn zunächst
an dem Speicherring in Frascati einzusetzen.
% Eine englische Firma 
%unterbreitete das günstigste Angebot für den Magneten. Dann aber erkannte 
%man, dass dieser
%Magnet eine magnetische Abschirmung benötigte, andernfalls würde das
%Streufeld des Magneten alle Bildschirme im weiten Umkreis außer Gefecht
%setzen. Die Firmen wurden also gebeten, die Eisenabschirmung mit anzubieten.
%Die englisch Firma beschloss, mit diesem Nachangebot etwas stärker 
%finanziell
%zuzulangen, und in ihrer Gier tat sie des guten zuviel. So war plötzlich
%die Firma Siemens der günstigste Anbieter.
Nach einigem Hin und Her erhielt die Firma Siemens den Zuschlag, und
 gemeinsam lernten DESY und
Siemens eine Menge darüber, wie man supraleitende Magnete baut und 
betreibt.\footnote{Ein Kurzschluss in
der Spule erforderte eine zeitaufwändige Reparatur und verhinderte den 
ursprünglich geplanten Einsatz am ADONE-Speicherring in Frascati.}   \addbigparskip

Zum Nachweis der erzeugten Teilchen entwickelte die Gruppe von Waloschek
 zylindrische
Proportionaldrahtkammern, die einen Großteil des Raumwinkels um den
Wechselwirkungspunkt abdeckten. Auch dieses Konstruktionsmerkmal findet man
bei praktisch allen späteren Speicherring-Detektoren wieder, wobei die
Proportionaldrahtkammern entsprechend den Fortschritten der Technologie 
 durch andere Kammern ersetzt wurden. Waloschek führte
1970--71 Messungen mit solchen Kammern in einem Detektor \glq{}MADKA\grq{} an 
dem Speicherring ADONE in Frascati durch, wobei auch eine ausgefeilte 
Triggerelektronik zum Einsatz kam. Dies war recht erfolgreich und bewährte
sich später beim Einsatz im PLUTO-Experiment am DORIS-Speicherring. \addbigparskip

Bei der Diskussion über das experimentelle Programm am DORIS, die 1971 in 
Gang kam, spielte zunächst ein 
\glq{}Großdetektor\grq{} eine Rolle. Dieser, ausgestattet mit einem großen Magneten
und einer Basisausrüstung an Detektoren, sollte im Prinzip allen 
Experimentiergruppen
zur Verfügung stehen. Bald aber erkannte man, dass das Geld dafür nicht
reichen würde und man sich mit kleineren Detektoren würde
begnügen müssen. Ende 1971 wurden in einem Treffen eine Reihe von
Vorschlägen vorgestellt. In einem der Vorschläge, später PLUTO genannt, 
wurde gezeigt, dass
das 1,4~m supraleitende Solenoid als Analysiermagnet akzeptabel sein würde. 
Damit war die Idee
eines noch größeren solchen Magneten  als Basis eines allgemein 
zugänglichen
Großdetektors zu Grabe getragen. \index{PLUTO}  \addbigparskip

Auch S. C. C. Ting zeigte Interesse.
In einem Brief regte er an, nach einem neuen schweren Lepton zu
suchen\footnote{Ein solches Experiment wurde von Professor A. Zichichi in 
Frascati
durchgeführt, führte aber wegen der zu geringen Energie des dortigen 
Speicherrings nicht zu einer Entdeckung.}. Allerdings nahm ihn sein 
Nobelpreis-Experiment am Brookhaven Nationallaboratorium in der Folge so in 
Anspruch, dass er keinen Vorschlag für den DORIS-Speicherring einreichte. \addbigparskip 

Zwei weitere Vorschläge kamen von den
Gruppen F22 sowie von F1 zusammen mit F35. Die Gruppe F22 schlug eine 
sechszählige 
Reusenspule vor (\glq{}Orangenspektrometer\grq{}). Die beiden Gruppen F1 und F35  
präsentierten einen Entwurf mit
zwei großen Ablenkmagneten rechts und links vom Wechselwirkungspunkt und
mit einem zylindrischen Detektor in der Mitte, der Teilchen in einem großen
Raumwinkel nachweisen konnte. Die großen Ablenkmagnete erlaubten den
Impuls geladener Teilchen genau zu messen. Dieser Detektor 
erhielt den Namen DASP 
(Doppelarmspektrometer). Die Entscheidung fiel zugunsten
von DASP, ausschlaggebend waren wohl die Tatsachen, dass sich nur die
waagrechten Schlitze des Orangenspektrometers leicht nutzen ließen und damit
sein nutzbarer Raumwinkel klein war, und dass sich DASP relativ leicht und 
schnell realisieren ließ. \index{DASP}
Das letztere war ein wichtiger Gesichtspunkt, da die Fertigstellung des 
Speicherrings drohend näherrückte.


Eine wichtige Verstärkung erhielt die DASP-Kollaboration durch eine Gruppe 
von der Universität Tokio. \index{Universität Tokio}\index{Koshiba}
Ihr Leiter, der spätere Nobelpreisträger Professor Masatoshi Koshiba, 
hatte sich durch seine Forschungen auf
dem Gebiet der kosmischen Strahlung einen Namen gemacht. Die Verbindung
mit Hamburg kam aus dieser Quelle. Vorausgegangen waren Kontakte auf
 einer Konferenz über kosmische Strahlung in Moskau zu Professor V. Budker, 
dem berühmten
 Leiter des Instituts für Hochenergiephysik in Novosibirsk, heute
 \glq{}Budker Institute of Nuclear Physics\grq{} genannt. Budker hatte Koshiba 
eingeladen, an
 einem Elektron-Positron-Speicherring zu experimentieren, der in Novosibirsk
gerade im Bau war. Aber trotz erheblicher Vorleistungen der Tokio-Gruppe in 
Novosibirsk und trotz eines sowjetisch-japanischen Abkommens über
wissenschaftliche Zusammenarbeit versagten die sowjetischen Behörden der 
Gruppe aus Tokio die offizielle
Genehmigung. Da erinnerte sich Koshiba an einen deutschen 
Wissenschaftler, der an der Universität Chicago mit ihm zusammen auf dem
Gebiet der kosmischen Strahlung gearbeitet hatte und nun Forschungsdirektor
am DESY war, Erich Lohrmann. \index{Lohrmann} Das Treffen der beiden im Sommer 
1971 markiert den  Beginn eines
mehr als 30-jährigen sehr erfolgreichen japanischen Engagements in Hamburg.
 Äußere Zeichen
der enormen Wertschätzung für diese Zusammenarbeit waren die
Verleihung des Bundesverdienstkreuzes und der Ehrendoktorwürde
der Universität Hamburg an Professor Koshiba.

 Die Gruppe aus Tokio leistete finanzielle Beiträge und half beim
Bau des Innendetektors des DASP-Experiments, und damit war zusammen mit 
Gruppen von der
 RWTH Aachen, dem MPI München, DESY und der Universität Hamburg eine
schlagkräftige Kollaboration entstanden, die bald wichtige Entdeckungen am
DORIS-Speicherring machen sollte.  \addbigparskip

Mit PLUTO und DASP waren die zwei Wechselwirkungszonen des
Speicherrings besetzt. Da man aber von der Idee des universalen
 Großdetektors abgerückt war, waren im Prinzip noch weitere 
Detektor-Vorschläge
 zugelassen, die sich mit PLUTO und DASP den Platz teilen würden. 
Das war zwar gut gemeint und optimistisch, sollte aber später zu
Problemen führen. \addbigparskip

Nicht problematisch war ein Vorschlag der Universität Heidelberg. Er sah
einen Detektor mit Bleiglas- und NaJ-Schauerzählern als 
Haupt-Nachweisinstrument vor. Ein Teil seiner Komponenten war bereits bei einem
früheren CERN-Experiment eingesetzt worden.
Man verzichtete zwar auf
 ein Magnetfeld, hatte aber dafür Stärken beim Nachweis neutraler Teilchen,
besonders von Photonen, und das war ein Gebiet, wo die anderen Detektoren ihre
Defizite hatten. Dieser Vorschlag wurde genehmigt und der
Detektor beteiligte sich dann erfolgreich am Messprogramm. Später
wurde er von einer großen Kollaboration übernommen und erweitert und 
erhielt den Namen LENA\index{LENA}.  \addbigparskip

Ein weiterer Vorschlag kam hauptsächlich von Physikern der Universität
Bonn. Er sah
 als Magnetfeld eine riesige achtarmige Reusenspule vor und hiess
deshalb Oktopus. Mit diesem Oktopus-Vorschlag \index{Oktopus}
hatte DESY seine Probleme. Die Reusenspule war wegen ihrer komplizierten
Geometrie für den Nachweis von Vielteilchenzuständen ungünstig,
der Magnet war wegen seiner Größe sehr teuer und technologisch wegen
der großen magnetischen Kräfte schwierig zu realisieren.
Bald wurde klar, dass ein so großes Instrument nur mit einer großen
Verspätung zum Einsatz kommen und nichts Wichtiges mehr beitragen
würde. So verlief dieses im Sande. \addbigparskip

Nicht im Sand verlief ein anderer Vorschlag. Er wurde
von Physikern der Universitäten Bonn und Mainz gemacht, 1974 
genehmigt und 1976 war der Detektor, genannt Bonanza, messbereit. Er war 
konzipiert, die Erzeugung von
Neutron- Antineutron-Paaren zu messen, hatte sonst aber im Vergleich zu den 
anderen Experimenten keine besonderen Stärken. Unglücklicherweise wurde 
sein
Physikprogramm durch die dramatischen Ereignisse, die auf den November 1974 
folgten, überrollt. Damit konnte er sich im \index{Bonanza}
Wettbewerb um einen Platz im Speicherring nicht besonders gut positionieren.
Die Gruppe
nahm schließlich ihre Zuflucht in einer Intervention beim 
Forschungsausschuss des Wissenschaftlichen Rats, ein einmaliger 
Vorgang. Als Folge erhielt
sie 7 Wochen Messzeit im Jahr 1977 zugesprochen. Es gelang dann in der Tat
die erste Messung der Neutron-Antineutron-Erzeugung bei der 
$J/\psi$-Resonanz \cite{Bes78}. \addbigparskip

Ende 1974 waren der Speicherring und die beiden Experimente PLUTO und
DASP fertig und messbereit.  Da platzte die Bombe.
%%% Local Variables: 
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "master"
%%% End: 
