Национальная ускорительная лаборатория SLAC , первоначально называвшаяся Стэнфордским центром линейных ускорителей , [2] [3] — это научно-исследовательский центр, финансируемый из федерального бюджета, в Менло-Парке , Калифорния , США . Основанная в 1962 году, лаборатория в настоящее время спонсируется Министерством энергетики США и находится под управлением Стэнфордского университета . Это место расположения Стэнфордского линейного ускорителя , линейного ускорителя длиной 3,2 километра (2 мили), построенного в 1966 году, который мог ускорять электроны до энергии 50 ГэВ .
Сегодня исследования SLAC сосредоточены на широкой программе в области атомной физики и физики твердого тела , 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 , физики астрочастиц , и космология . Лаборатория находится под программным руководством Управления науки Министерства энергетики США.
Основанный в 1962 году как Стэнфордский центр линейных ускорителей, этот центр 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. Он работает с 1966 года.
Исследования SLAC принесли три Нобелевские премии по физике :
Помещения для собраний SLAC также стали местом проведения Домашнего компьютерного клуба и других пионеров революции домашних компьютеров конца 1970-х - начала 1980-х годов.
В 1984 году лаборатория была названа Национальной исторической достопримечательностью ASME и вехой IEEE . [7]
SLAC разработала и в декабре 1991 года начала размещать 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 обслуживали более 3000 приглашенных исследователей, эксплуатируя ускорители частиц для физики высоких энергий и Стэнфордскую лабораторию синхротронного излучения (SSRL) для исследований синхротронного светового излучения. , который был «незаменим» 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 Национальную ускорительную лабораторию SLAC. В число причин входят лучшее представление нового направления лаборатории и возможность зарегистрировать торговую марку названия лаборатории. Стэнфордский университет юридически выступил против попытки Министерства энергетики зарегистрировать товарный знак «Стэнфордский центр линейных ускорителей». [2] [10]
В марте 2009 года было объявлено, что Национальная ускорительная лаборатория SLAC получит 68,3 миллиона долларов в виде финансирования Закона о восстановлении, которое будет выделено Управлением науки Министерства энергетики. [11]
В октябре 2016 года компания Bits and Watts в рамках сотрудничества SLAC и Стэнфордского университета запустила проект по разработке «лучших и более экологичных электрических сетей». Позже SLAC отказалась от участия из-за опасений по поводу отраслевого партнера, государственной китайской электроэнергетической компании. [12]
Основным ускорителем был линейный ВЧ-ускоритель , ускорявший электроны и позитроны до энергии 50 ГэВ . Ускоритель длиной 3,2 км (2,0 мили) был самым длинным линейным ускорителем в мире и считался «самым прямым объектом в мире». [13] до 2017 года, когда был открыт европейский рентгеновский лазер на свободных электронах . Главный ускоритель закопан на глубине 9 м (30 футов) под землей [14] и проходит под межштатным шоссе 280 . Надземная галерея клистрона на вершине линии луча была самым длинным зданием в Соединенных Штатах до тех пор, пока в 1999 году в рамках проекта LIGO не были завершены работы по созданию двойных интерферометров. Ее легко отличить с воздуха и отметить на аэронавигационных картах как визуальную путевую точку. [15]
Часть оригинального линейного ускорителя теперь является частью источника когерентного света Linac.
Стэнфордский линейный коллайдер — линейный ускоритель , который сталкивал электроны и позитроны в SLAC. [16] Энергия центра масс составляла около 90 ГэВ , что равнялось массе Z- бозона , для изучения которого был предназначен ускоритель. Аспирант Барретт Д. Милликен обнаружил первое событие Z 12 апреля 1989 года, изучая компьютерные данные предыдущего дня с детектора Mark II. [17] Основная часть данных была собрана Большим детектором SLAC, который был запущен в эксплуатацию в 1991 году. Хотя сильно поляризованный электронный пучок в SLC ( близко до 80% [18] ) сделало возможными некоторые уникальные измерения, такие как нарушение четности в взаимодействии Z-бозона и b-кварка. [19]
В настоящее время луч не попадает в южную и северную дуги машины, что ведет к Финальному фокусу, поэтому эта секция законсервирована для подачи луча в секцию PEP2 от распределительного устройства.
Большой детектор SLAC (SLD) был основным детектором 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 эксплуатировался с 1992 по 1998 год. [20]
PEP (Positron-Electron Project) начал работу в 1980 году с энергией центра масс до 29 ГэВ. На пике своего развития PEP работало пять детекторов крупных частиц, а также шестой детектор меньшего размера. Около 300 исследователей использовали ПКП. PEP прекратил работу в 1990 году, а строительство PEP-II началось в 1994 году. [21]
С 1999 по 2008 год основной целью линейного ускорителя была инжекция электронов и позитронов в ускоритель PEP-II, электрон-позитронный коллайдер с парой накопительных колец длиной 2,2 км (1,4 мили). PEP-II был местом проведения эксперимента BaBar , одного из так называемых экспериментов B-Factory по изучению симметрии зарядовой четности .
Стэнфордский источник синхротронного излучения (SSRL) — это объект для использования синхротронного света , расположенный на территории кампуса SLAC. Первоначально созданный для физики элементарных частиц, он использовался в экспериментах, в которых был открыт J/ψ-мезон . Сейчас он используется исключительно для экспериментов в области материаловедения и биологии, в которых используется высокоинтенсивное синхротронное излучение, испускаемое накопленным электронным пучком, для изучения структуры молекул. В начале 1990-х годов для этого накопителя был построен независимый инжектор электронов, позволивший ему работать независимо от основного линейного ускорителя.
SLAC играет первостепенную роль в миссии и эксплуатации космического гамма-телескопа Ферми, запущенного в августе 2008 года. Основными научными целями этой миссии являются:
Институт астрофизики частиц и космологии Кавли (KIPAC) частично расположен на территории SLAC, помимо своего присутствия в главном кампусе Стэнфорда.
Стэнфордский институт PULSE (PULSE) — это Стэнфордская независимая лаборатория, расположенная в Центральной лаборатории SLAC. PULSE был создан Стэнфордом в 2005 году, чтобы помочь преподавателям Стэнфорда и ученым SLAC разработать сверхбыстрые рентгеновские исследования в LCLS. Публикации исследований PULSE можно посмотреть здесь.
Источник когерентного света Linac (LCLS) — это лазерная установка на свободных электронах, расположенная в SLAC. LCLS частично представляет собой реконструкцию последней трети оригинального линейного ускорителя SLAC и может обеспечивать чрезвычайно интенсивное рентгеновское излучение для исследований в ряде областей. Первая генерация была достигнута в апреле 2009 года. [22]
Лазер производит жесткое рентгеновское излучение, яркость которого в 10 9 раз превышает относительную яркость традиционных синхротронных источников, и является самым мощным источником рентгеновского излучения в мире. LCLS позволяет проводить множество новых экспериментов и расширяет существующие экспериментальные методы. Часто рентгеновские лучи используются для получения «снимков» объектов на атомном уровне перед уничтожением образцов. Длина волны лазера в диапазоне от 6,2 до 0,13 нм (от 200 до 9500 электрон-вольт (эВ)) [23] [24] аналогична ширине атома, предоставляя чрезвычайно подробную информацию, которая ранее была недостижима. [25] Кроме того, лазер способен захватывать изображения с «выдержкой», измеряемой в фемтосекундах или миллионах миллиардных долей секунды, что необходимо, поскольку интенсивность луча часто достаточно высока, чтобы образец взрывался в фемтосекундном масштабе времени. . [26] [23]
Проект LCLS-II призван обеспечить серьезную модернизацию LCLS за счет добавления двух новых рентгеновских лазерных лучей. Новая система будет использовать существующий туннель длиной 500 м (1600 футов) для добавления нового сверхпроводящего ускорителя на 4 ГэВ и двух новых наборов ондуляторов, которые расширят доступный энергетический диапазон LCLS. Развитие открытий, использующих эти новые возможности, может включать в себя новые лекарства, компьютеры следующего поколения и новые материалы. [27]
В 2012 году первые две трети (~ 2 км) первоначального SLAC LINAC были повторно введены в эксплуатацию для нового пользовательского объекта - Центра экспериментальных испытаний усовершенствованных ускорителей (FACET). Эта установка была способна генерировать пучки электронов (и позитронов) с энергией 20 ГэВ и энергией 3 нКл с короткой длиной сгустка и небольшим размером пятна, что идеально подходило для исследований ускорения плазмы с помощью пучка . [28] В 2016 году объект завершил работу по строительству LCLS-II, который займет первую треть SLAC LINAC. Проект FACET-II восстановит пучки электронов и позитронов в средней трети LINAC для продолжения исследований по ускорению плазмы, управляемой лучами, в 2019 году.
Тестовый ускоритель следующего линейного коллайдера (NLCTA) представляет собой линейный ускоритель электронного пучка высокой яркости с энергией 60–120 МэВ, используемый для экспериментов по передовым методам манипулирования пучком и ускорения. Он расположен на конечной станции B SLAC. Список соответствующих исследовательских публикаций можно посмотреть здесь. Архивировано 15 сентября 2015 года в Wayback Machine .
SLAC также проводит теоретические исследования в области физики элементарных частиц, в том числе в области квантовой теории поля , физики коллайдеров, физики астрочастиц и феноменологии частиц.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )