Der Promotionspreis 2024 geht zu gleichen Teilen an Herrn Dr. Sören Jalas für seine Dissertation mit dem Titel

"Machine-Learning-based Optimization of Laser-Plasma Accelerators"

 

 

 

und an Herrn Dr. Florian Lorkowski für seine Dissertation mit dem Titel

"Measurement and NNLO QCD analysis of jet production in deep inelastic scattering at ZEUS"

 

 

Sören Jalas wurde am 1. August 1991 in Eutin geboren. Er absolvierte sein Bachelor- und Masterstudium an der Universität Hamburg und arbeitete bereits während seiner Abschlussarbeiten in der Arbeitsgruppe von Andreas Maier. Für seine Promotion forschte er am DESY in Hamburg weiter unter der Betreuung von Andreas Maier und Wim Leemans. Er verteidigte seine Arbeit am 7. Februar 2024.

Laser-Plasma-Beschleuniger versprechen eine kompakte Quelle von hochenergetischen Elekronenstrahlen durch die Interaktion eines Hochleistungslasers mit einem Plasma von nur wenigen Millimetern Länge. Allerdings ist der Parameterraum von Plasma-Beschleunigern hochkomplex und nicht-linear gekoppelt. Es ist daher sehr herausfordernd, die genauen Mechanismen, die zur Erzeugung von Elektronenstrahlen hoher Qualität führen, zu entschlüsseln und im Experiment präzise zu kontrollieren.

In seiner Doktorarbeit mit dem Titel "Machine-Learning-Based Optimization of Laser-Plasma-Accelerators" beschäftigte sich Sören Jalas mit der Integration von Methoden des maschinellen Lernens, insbesondere der Bayes'schen Optimierung, in die Entwicklung und Steuerung von Laser-Plasma-Beschleunigern. Er konnte mit Simulationen zeigen, dass sich durch die Anwendung dieser Techniken Mechanismen entschlüsseln lassen, welche zur Erzeugung von Elektronenstrahlen hoher Qualität führen. In Experimenten hat er erstmals Methoden des maschinellen Lernens dazu benutzt, die Laser-Plasma-Beschleunigerparameter effizient zu optimieren und Elektronenstrahlen mit bemerkenswerter Qualität und Stabilität zu erzeugen.

Seine Forschungsergebnisse wurden in drei Erstautor-Publikationen veröffentlicht, darunter ein Artikel in Physical Review Letters. Seine Arbeiten fanden internationale Beachtung und seine Methoden wurden von anderen Forschungsgruppen übernommen.

Neben seiner forschenden Tätigkeit zeigt Sören große Begeisterung für Wissenschaftskommunikation. Er war maßgeblich an der Entwicklung eines Projekts beteiligt, das die Grundlagen der Laser-Plasma-Beschleunigung im Zusammenhang mit DESYs KALDERA-Projekt einem nicht-wissenschaftlichen Publikum vermittelt. Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem Science Communication Lab realisiert und 2023 mit dem iF Design Award ausgezeichnet.

Sören Jalas arbeitet nun als Postdoc in der Plasma-Beschleuniger-Gruppe bei DESY, wo er mit maschinellem Lernen und aktiver Stabilisierung die Eigenschaften von Laser-Plasma-Beschleunigern immer weiter verbessert.

 

Florian Lorkowski wurde am 13. Oktober 1996 in Thüringen geboren. Sein Bachelor- und Master-Studium hat er an der Universität Chemnitz absolviert mit ausgezeichneten Abschlüssen in Computational Physics. Seine Promotion am DESY und der Universität Hamburg hat er durchgeführt unter der Begleitung durch Achim Geiser und Sven Moch mit dem Flaggschiff-Thema der Messung von Jet-Produktion in tief unelastischer Elektron-Proton-Streuung bei HERA/ZEUS und einer daraus abgeleiteten Messung der Kopplungskonstanten der starken Wechselwirkung, inklusive einer verbesserten Nutzung der damit verbundenen Theorie-Rechnungen. Die Disputation wurde am 23. September 2023 in Hamburg mit Auszeichnung abgeschlossen.

Wie zuerst am damaligen PETRA Elektron-Positron-Speicherring am DESY gezeigt, können sogenannte hadronische Jets (Teilchenbündel) als "Stellvertreter" für den Nachweis von Quarks und Gluonen im Endzustand verwendet werden.Die Produktion von zusätzlichen Jets über den Basisprozess hinaus ist dabei proportional zur starken Kopplungskonstante a_s, dem "großen Bruder" der Sommerfeldkonstanten. Bei der tief unelastischen Streuung von Elektronen am Proton besteht der Basisprozess aus einem einzelnen gestreuten Quark, also einem Jet, während Prozesse unter Beteiligung von Gluonen mindestens zwei Jets im Endzustand erzeugen. Die inklusive Messung solcher Endzustände hat Herr Dr. Lorkowski genutzt, um mit einem von ihm verbesserten Verfahren zusammen mit der Bestimmung der Verteilung von Quarks und Gluonen im Proton die starke Kopplungskonstante zu messen. Die Kombination einer erhöhten Statistik der Daten mit einer sehr genauen Bestimmung der Systematiken und insbesondere einer innovativen Verbesserung der Nutzung der damit verbundenen Theorie hat zu einer der derzeit weltbesten Messungen dieses fundamentalen Physikparameters an Teilchenbeschleunigern geführt.

Dieses Resultat, dessen Präzision zum Zeitpunkt des Abschlusses der HERA-Datennahme in 2007 noch undenkbar war, wurde von Herrn Lorkowski als Hauptautor (von ihm von A-Z durchgeführt und geschrieben) im Rahmen der ZEUS-Kollaboration veröffentlicht, und von ihm auf inzwischen mehr als acht internationalen Konferenzen vorgestellt. Die von ihm verbesserten Methoden werden einen bleibenden Fußabdruck auch in zukünftigen solchen Messungen hinterlassen.  Die Autoren der von Herrn Dr. Lorkowski erfolgreich eingesetzten Theorie-Rechnungen waren so begeistert, dass sie ihn umgehend als Postdoc in ihrer Theoriegruppe an der Universität Zürich angestellt haben, wo er auch jetzt arbeitet.