Национальная ускорительная лаборатория SLAC , первоначально называвшаяся Стэнфордским линейным ускорительным центром , [2] [3] является финансируемым из федерального бюджета научно-исследовательским и опытно-конструкторским центром в Менло-Парке , Калифорния , США . Основанная в 1962 году, лаборатория в настоящее время спонсируется Министерством энергетики США и управляется Стэнфордским университетом . Это место расположения Стэнфордского линейного ускорителя , 3,2-километрового (2-мильного) линейного ускорителя, построенного в 1966 году, который мог ускорять электроны до энергий 50 ГэВ .
Сегодня исследования SLAC сосредоточены на широкой программе в области атомной и твердотельной физики , химии , биологии и медицины с использованием рентгеновских лучей синхротронного излучения и лазера на свободных электронах , а также экспериментальных и теоретических исследований в области физики элементарных частиц , астрофизики частиц и космологии . Лаборатория находится под программным руководством Управления науки Министерства энергетики США.
Основанный в 1962 году как Стэнфордский центр линейных ускорителей, объект расположен на 172 га (426 акров) земли, принадлежащей Стэнфордскому университету, на Сэнд-Хилл-роуд в Менло-Парке, Калифорния, к западу от главного кампуса университета. Длина главного ускорителя составляет 3,2 км (2 мили), что делает его самым длинным линейным ускорителем в мире, и он работает с 1966 года.
Исследования в SLAC принесли три Нобелевские премии по физике :
Конференц-залы SLAC также стали местом проведения встреч Клуба любителей домашних компьютеров и других пионеров революции домашних компьютеров конца 1970-х и начала 1980-х годов.
В 1984 году лаборатория была названа Национальным историческим памятником инженерии по версии ASME и вехой IEEE . [7]
SLAC разработал и в декабре 1991 года начал обслуживать первый сервер Всемирной паутины за пределами Европы. [8]
В начале-середине 1990-х годов Стэнфордский линейный коллайдер (SLC) исследовал свойства Z-бозона с помощью Стэнфордского большого детектора.
По состоянию на 2005 год в SLAC работало более 1000 человек, около 150 из которых были физиками с докторскими степенями , и ежегодно обслуживалось более 3000 приглашенных исследователей, которые работали на ускорителях частиц для физики высоких энергий и в Стэнфордской лаборатории синхротронного излучения (SSRL) для исследований синхротронного светового излучения, которое было «незаменимым» в исследованиях, приведших к Нобелевской премии по химии 2006 года , присужденной профессору Стэнфорда Роджеру Д. Корнбергу . [9]
В октябре 2008 года Министерство энергетики объявило, что название центра будет изменено на SLAC National Accelerator Laboratory. В качестве причин были названы лучшее представление нового направления лаборатории и возможность зарегистрировать название лаборатории в качестве торговой марки. Стэнфордский университет юридически выступил против попытки Министерства энергетики зарегистрировать торговую марку «Stanford Linear Accelerator Center». [2] [10]
В марте 2009 года было объявлено, что Национальная ускорительная лаборатория SLAC получит 68,3 млн долларов США в рамках Закона о восстановлении, который будет выплачен Управлением науки Министерства энергетики. [11]
В октябре 2016 года Bits and Watts был запущен как совместный проект SLAC и Стэнфордского университета по разработке «лучших, более экологичных электрических сетей». Позднее SLAC отказался от проекта из-за опасений по поводу отраслевого партнера — государственной китайской электроэнергетической компании. [12]
В апреле 2024 года SLAC завершил два десятилетия работы по созданию крупнейшей в мире цифровой камеры для проекта Legacy Survey of Space and Time (LSST) в обсерватории Веры К. Рубин в Чили. Ожидается, что камера начнет работать в 2025 году. [13]
Основным ускорителем был линейный ускоритель RF , который ускорял электроны и позитроны до 50 ГэВ . При длине 3,2 км (2,0 мили) ускоритель был самым длинным линейным ускорителем в мире и считался «самым прямым объектом в мире» [14] до 2017 года, когда открылся европейский рентгеновский лазер на свободных электронах . Основной ускоритель зарыт на глубине 9 м (30 футов) под землей [15] и проходит под межштатным шоссе 280. Надземная клистронная галерея на вершине пучка была самым длинным зданием в Соединенных Штатах до тех пор, пока в 1999 году не были завершены двойные интерферометры проекта LIGO . Он легко различим с воздуха и отмечен как визуальная точка маршрута на аэронавигационных картах. [16]
Часть оригинального линейного ускорителя теперь является частью источника когерентного света Linac.
Стэнфордский линейный коллайдер был линейным ускорителем , который сталкивал электроны и позитроны в SLAC. [17] Энергия центра масс составляла около 90 ГэВ , что равно массе Z-бозона , для изучения которого был разработан ускоритель. Аспирант Барретт Д. Милликен обнаружил первое событие Z 12 апреля 1989 года, просматривая компьютерные данные предыдущего дня с детектора Mark II. [18] Основная часть данных была собрана Большим детектором SLAC, который был запущен в 1991 году. Хотя он в значительной степени затмевался Большим электрон-позитронным коллайдером в ЦЕРНе , который начал работать в 1989 году, сильно поляризованный электронный пучок в SLC (близкий к 80% [19] ) сделал возможными некоторые уникальные измерения, такие как нарушение четности в кварковой связи Z-бозона b. [20]
В настоящее время ни один луч не поступает в южную и северную дуги машины, ведущие к конечному фокусу, поэтому эта секция законсервирована для подачи луча в секцию PEP2 из распределительного устройства луча.
Большой детектор SLAC (SLD) был основным детектором для Стэнфордского линейного коллайдера. Он был разработан в первую очередь для обнаружения Z-бозонов, образующихся в результате электрон-позитронных столкновений ускорителя. Построенный в 1991 году, SLD работал с 1992 по 1998 год. [21]
PEP (Positron-Electron Project) начал работу в 1980 году с энергией центра масс до 29 ГэВ. На своей вершине PEP имел пять больших работающих детекторов частиц, а также шестой меньший детектор. Около 300 исследователей использовали PEP. PEP прекратил работу в 1990 году, а PEP-II начал строительство в 1994 году. [22]
С 1999 по 2008 год основной целью линейного ускорителя была инжекция электронов и позитронов в ускоритель PEP-II, электронно-позитронный коллайдер с парой накопительных колец окружностью 2,2 км (1,4 мили). На PEP-II проводился эксперимент BaBar , один из так называемых экспериментов B-Factory, изучающий симметрию заряда-четности .
Источник синхротронного излучения Стэнфорда (SSRL) — это пользовательская установка синхротронного света , расположенная в кампусе SLAC. Первоначально построенная для физики элементарных частиц, она использовалась в экспериментах, в ходе которых был открыт J/ψ-мезон . В настоящее время она используется исключительно для экспериментов по материаловедению и биологии, в которых используется высокоинтенсивное синхротронное излучение, испускаемое сохраненным электронным пучком, для изучения структуры молекул. В начале 1990-х годов для этого накопительного кольца был построен независимый инжектор электронов, что позволило ему работать независимо от основного линейного ускорителя.
SLAC играет основную роль в миссии и работе космического гамма-телескопа Ферми, запущенного в августе 2008 года. Основными научными целями этой миссии являются:
Институт астрофизики и космологии элементарных частиц имени Кавли (KIPAC) частично располагается на территории SLAC, помимо своего присутствия в главном кампусе Стэнфорда.
Институт Стэнфордского университета PULSE (PULSE) — независимая лаборатория Стэнфорда, расположенная в Центральной лаборатории SLAC. PULSE был создан Стэнфордом в 2005 году для помощи преподавателям Стэнфорда и ученым SLAC в разработке сверхбыстрых рентгеновских исследований в LCLS. Публикации исследований PULSE можно посмотреть здесь.
Источник когерентного света Linac (LCLS) — это лазерная установка на свободных электронах , расположенная в SLAC. LCLS — это частично реконструкция последней 1/3 оригинального линейного ускорителя в SLAC, и может вырабатывать чрезвычайно интенсивное рентгеновское излучение для исследований в ряде областей. Первая лазерная генерация была достигнута в апреле 2009 года. [23]
Лазер производит жесткое рентгеновское излучение, в 10 9 раз превышающее относительную яркость традиционных синхротронных источников, и является самым мощным источником рентгеновского излучения в мире. LCLS позволяет проводить множество новых экспериментов и обеспечивает усовершенствования для существующих экспериментальных методов. Часто рентгеновские лучи используются для получения «мгновенных снимков» объектов на атомном уровне перед уничтожением образцов. Длина волны лазера, варьирующаяся от 6,2 до 0,13 нм (от 200 до 9500 электрон-вольт (эВ)) [24] [25], близка к ширине атома, предоставляя чрезвычайно подробную информацию, которая ранее была недостижима. [26] Кроме того, лазер способен захватывать изображения с «выдержкой затвора», измеряемой фемтосекундами или миллионно-миллиардными долями секунды, что необходимо, поскольку интенсивность луча часто достаточно высока, чтобы образец взрывался в фемтосекундном масштабе времени. [27] [24]
Проект LCLS-II должен обеспечить значительное обновление LCLS путем добавления двух новых рентгеновских лазерных пучков. Новая система будет использовать 500 м (1600 футов) существующего туннеля для добавления нового сверхпроводящего ускорителя на 4 ГэВ и двух новых наборов ондуляторов, которые увеличат доступный энергетический диапазон LCLS. Прогресс от открытий, использующих эти новые возможности, может включать новые лекарства, компьютеры следующего поколения и новые материалы. [28]
В 2012 году первые две трети (~2 км) оригинального SLAC LINAC были повторно введены в эксплуатацию для нового пользовательского объекта, объекта для экспериментальных испытаний усовершенствованных ускорителей (FACET). Этот объект был способен доставлять пучки электронов (и позитронов) 20 ГэВ, 3 нКл с короткими длинами сгустков и малыми размерами пятна, что идеально подходит для исследований ускорения плазмы с помощью пучка. [29] Объект завершил работу в 2016 году для строительства LCLS-II, который займет первую треть SLAC LINAC. Проект FACET-II восстановит пучки электронов и позитронов в средней трети LINAC для продолжения исследований ускорения плазмы с помощью пучка в 2019 году.
Тестовый ускоритель Next Linear Collider (NLCTA) — это линейный ускоритель электронного пучка высокой яркости 60-120 МэВ, используемый для экспериментов по передовым методам манипуляции и ускорения пучка. Он расположен на конечной станции SLAC B. Список соответствующих исследовательских публикаций можно посмотреть здесь Архивировано 15 сентября 2015 г. в Wayback Machine .
SLAC также проводит теоретические исследования в области физики элементарных частиц, в том числе в областях квантовой теории поля , физики коллайдеров, астрофизики частиц и феноменологии частиц.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )