Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC

Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, originalmente llamado Centro Acelerador Lineal de Stanford, es un Laboratorio Nacional del Departamento de Energía de los Estados Unidos operado por la Universidad de Stanford bajo la dirección programática de los Estados Unidos. Oficina de Ciencias del Departamento de Energía y ubicada en Menlo Park, California. Es el sitio del Stanford Linear Accelerator, un acelerador lineal de 3,2 kilómetros (2 millas) construido en 1966 y cerrado en la década de 2000, que podría acelerar electrones a energías de 50 GeV.

Hoy en día, la investigación de SLAC se centra en un amplio programa de física, química, biología y medicina atómica y de estado sólido utilizando rayos X de radiación sincrotrón y un láser de electrones libres, así como investigación experimental y teórica en física de partículas elementales, física de astropartículas y cosmología.

Historia

La entrada a SLAC en Menlo Park

Fundada en 1962 como Stanford Linear Accelerator Center, la instalación está ubicada en 172 ha (426 acres) de terreno propiedad de la Universidad de Stanford en Sand Hill Road en Menlo Park, California, justo al oeste de la universidad principal instalaciones. El acelerador principal tiene una longitud de 3,2 km (2 mi), el acelerador lineal más largo del mundo, y ha estado en funcionamiento desde 1966.

Investigación en SLAC ha producido tres premios Nobel en Física

La investigación en SLAC ha producido tres premios Nobel de Física:

• 1976: El encantador quark - ver J/ Iberia meson
• 1990: Estructura cuadrada dentro de protones y neutrones
• 1995: El tau lepton

Las instalaciones para reuniones de SLAC también proporcionaron un lugar para el Homebrew Computer Club y otros pioneros de la revolución de las computadoras domésticas de fines de la década de 1970 y principios de la de 1980.

En 1984, el laboratorio fue nombrado Hito Histórico Nacional de Ingeniería de ASME y Hito de IEEE.

SLAC desarrolló y, en diciembre de 1991, comenzó a albergar el primer servidor de World Wide Web fuera de Europa.

A principios y mediados de la década de 1990, el Stanford Linear Collider (SLC) investigó las propiedades del bosón Z utilizando el Stanford Large Detector.

A partir de 2005, SLAC empleaba a más de 1000 personas, unas 150 de las cuales eran físicos con doctorados, y atendía a más de 3000 investigadores visitantes cada año, operando aceleradores de partículas para física de alta energía y el Laboratorio de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL) para sincrotrón la investigación de la radiación de luz, que era "indispensable" en la investigación que condujo al Premio Nobel de Química de 2006 otorgado al profesor de Stanford Roger D. Kornberg.

En octubre de 2008, el Departamento de Energía anunció que el nombre del centro se cambiaría a SLAC National Accelerator Laboratory. Las razones dadas incluyen una mejor representación de la nueva dirección del laboratorio y la capacidad de registrar el nombre del laboratorio. La Universidad de Stanford se había opuesto legalmente al intento del Departamento de Energía de registrar la marca 'Stanford Linear Accelerator Center'.

En marzo de 2009, se anunció que el Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC recibiría 68,3 millones de dólares en fondos de la Ley de Recuperación que desembolsaría la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía.

En octubre de 2016, Bits and Watts se lanzó como una colaboración entre SLAC y la Universidad de Stanford para diseñar "redes eléctricas mejores y más ecológicas". Más tarde, SLAC se retiró debido a las preocupaciones sobre un socio de la industria, la empresa eléctrica china de propiedad estatal.

Componentes

SLAC 3 km de longitud (2 mi) Klystron Gallery above the rayoline Accelerator

Acelerador

Parte del rayo SLAC

El acelerador principal era un acelerador lineal de RF que aceleraba electrones y positrones hasta 50 GeV. Con 3,2 km (2,0 mi) de largo, el acelerador era el acelerador lineal más largo del mundo y se afirmaba que era "el objeto más recto del mundo". hasta 2017 cuando se inauguró el láser europeo de electrones libres de rayos X. El acelerador principal está enterrado a 9 m (30 pies) bajo tierra y pasa por debajo de la autopista interestatal 280. La galería de klystron sobre el suelo en la parte superior de la línea de luz fue el edificio más largo de los Estados Unidos hasta que se completaron los interferómetros gemelos del proyecto LIGO. en 1999. Es fácilmente distinguible desde el aire y está marcado como un punto de ruta visual en las cartas aeronáuticas.

Una parte del acelerador lineal original ahora forma parte de la fuente de luz coherente Linac.

SLC pit y detector

Colisionador lineal de Stanford

El colisionador lineal de Stanford era un acelerador lineal que colisionaba electrones y positrones en SLAC. La energía del centro de masa era de unos 90 GeV, igual a la masa del bosón Z, que el acelerador fue diseñado para estudiar. El estudiante de posgrado Barrett D. Milliken descubrió el primer evento Z el 12 de abril de 1989 mientras estudiaba detenidamente los datos informáticos del detector Mark II del día anterior. La mayor parte de los datos fue recopilada por el SLAC Large Detector, que entró en funcionamiento en 1991. Aunque en gran medida eclipsado por el Large Electron-Positron Collider en el CERN, que comenzó a funcionar en 1989, el haz de electrones altamente polarizado en SLC (cerca del 80 %) hicieron posible ciertas mediciones únicas, como la violación de la paridad en el acoplamiento de quarks Z Boson-b.

Actualmente, ningún rayo ingresa a los arcos sur y norte de la máquina, lo que conduce al foco final, por lo tanto, esta sección está suspendida para ejecutar el rayo en la sección PEP2 desde el patio de distribución de rayos.

Vista interior del SLD

Detector grande SLAC

El detector grande SLAC (SLD) fue el detector principal del colisionador lineal de Stanford. Fue diseñado principalmente para detectar bosones Z producidos por las colisiones de electrones y positrones del acelerador. Construido en 1991, el SLD funcionó desde 1992 hasta 1998.

PEP

PEP (Proyecto Positrón-Electrón) comenzó a operar en 1980, con energías de centro de masa de hasta 29 GeV. En su ápice, PEP tenía cinco detectores de partículas grandes en funcionamiento, así como un sexto detector más pequeño. Cerca de 300 investigadores hicieron uso de PEP. PEP dejó de operar en 1990 y PEP-II comenzó a construirse en 1994.

PEP-II

De 1999 a 2008, el propósito principal del acelerador lineal fue inyectar electrones y positrones en el acelerador PEP-II, un colisionador de electrones y positrones con un par de anillos de almacenamiento de 2,2 km (1,4 mi) de circunferencia. PEP-II fue sede del experimento BaBar, uno de los llamados experimentos B-Factory que estudian la simetría de paridad de carga.

Fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford

La fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL) es una instalación para usuarios de luz de sincrotrón ubicada en el campus de SLAC. Construido originalmente para la física de partículas, se utilizó en experimentos en los que se descubrió el mesón J/ψ. Ahora se utiliza exclusivamente para experimentos de biología y ciencia de materiales que aprovechan la radiación de sincrotrón de alta intensidad emitida por el haz de electrones almacenado para estudiar la estructura de las moléculas. A principios de la década de 1990, se construyó un inyector de electrones independiente para este anillo de almacenamiento, lo que le permitió operar independientemente del acelerador lineal principal.

Telescopio Espacial Fermi Gamma-ray

Telescopio espacial de rayos gamma Fermi

SLAC juega un papel principal en la misión y operación del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, lanzado en agosto de 2008. Los principales objetivos científicos de esta misión son:

• Para entender los mecanismos de aceleración de partículas en AGNs, pulsares y SNRs.
• Para resolver el cielo de rayos gamma: fuentes no identificadas y emisiones difusas.
• Determinar el comportamiento de alta energía de las ráfagas de rayos gamma y los transitorios.
• Probar materia oscura y física fundamental.

KIPAC

El Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC) está ubicado parcialmente en los terrenos de SLAC, además de su presencia en el campus principal de Stanford.

PULSO

El Stanford PULSE Institute (PULSE) es un laboratorio independiente de Stanford ubicado en el Laboratorio central de SLAC. PULSE fue creado por Stanford en 2005 para ayudar a la facultad de Stanford y a los científicos de SLAC a desarrollar investigaciones de rayos X ultrarrápidos en LCLS. Las publicaciones de investigación de PULSE se pueden ver aquí.

LCLS

La fuente de luz coherente Linac (LCLS) es una instalación de láser de electrones libres ubicada en SLAC. El LCLS es parcialmente una reconstrucción del último 1/3 del acelerador lineal original en SLAC y puede emitir una radiación de rayos X extremadamente intensa para la investigación en varias áreas. Logró el primer láser en abril de 2009.

Foto aérea del Stanford Linear Accelerator Center, mostrando el edificio de 3,2 kilómetros (2 millas) que alberga la línea de aceleración, que pasa bajo la interestatal 280. El complejo del detector es visible al este, al lado derecho

El láser produce rayos X duros, 10⁹ veces el brillo relativo de las fuentes de sincrotrón tradicionales y es la fuente de rayos X más potente del mundo. LCLS permite una variedad de nuevos experimentos y proporciona mejoras para los métodos experimentales existentes. A menudo, las radiografías se utilizan para tomar "instantáneas" de objetos a nivel atómico antes de borrar las muestras. La longitud de onda del láser, que va de 6,2 a 0,13 nm (200 a 9500 electronvoltios (eV)) es similar al ancho de un átomo, lo que brinda información extremadamente detallada que antes era inalcanzable. Además, el láser es capaz de capturar imágenes con una "velocidad de obturación" medido en femtosegundos, o millonésimas de segundo, necesario porque la intensidad del haz suele ser lo suficientemente alta como para que la muestra explote en la escala de tiempo de femtosegundos.

LCLS-II

El proyecto LCLS-II consiste en proporcionar una importante actualización a LCLS mediante la adición de dos nuevos rayos láser de rayos X. El nuevo sistema utilizará los 500 m (1600 pies) del túnel existente para agregar un nuevo acelerador superconductor a 4 GeV y dos nuevos conjuntos de onduladores que aumentarán el rango de energía disponible de LCLS. El avance de los descubrimientos que utilizan estas nuevas capacidades puede incluir nuevos medicamentos, computadoras de próxima generación y nuevos materiales.

FACETA

En 2012, los primeros dos tercios (~2 km) del SLAC LINAC original se volvieron a poner en servicio para una nueva instalación de usuario, la Instalación para Pruebas Experimentales de Aceleradores Avanzados (FACET). Esta instalación fue capaz de entregar haces de electrones (y positrones) de 20 GeV, 3 nC con longitudes de racimo cortas y tamaños de punto pequeños, ideales para estudios de aceleración de plasma impulsados por haces. La instalación terminó operaciones en 2016 para las construcciones de LCLS-II que ocupará el primer tercio del SLAC LINAC. El proyecto FACET-II restablecerá los haces de electrones y positrones en el tercio medio del LINAC para la continuación de los estudios de aceleración de plasma impulsados por haces en 2019.

NLCTA

Next Linear Collider Test Accelerator (NLCTA) es un acelerador lineal de haz de electrones de alto brillo de 60-120 MeV que se utiliza para experimentos sobre técnicas avanzadas de aceleración y manipulación de haz. Está ubicado en la estación final B de SLAC. Puede ver una lista de publicaciones de investigación relevantes aquí.

Física teórica

SLAC también realiza investigaciones teóricas en física de partículas elementales, incluso en áreas de teoría cuántica de campos, física de colisionadores, física de astropartículas y fenomenología de partículas.

Otros descubrimientos

• SLAC también ha sido instrumental en el desarrollo del klystron, un tubo de amplificación de microondas de alta potencia.
• Hay una investigación activa sobre la aceleración plasmática con éxitos recientes como la duplicación de la energía de 42 electrones GeV en un acelerador de medición.
• Había una Paleoparadoxia encontrado en el sitio de SLAC, y su esqueleto se puede ver en un pequeño museo allí en el Breezeway.
• La instalación de SSRL se utilizó para revelar texto oculto en el Archimedes Palimpsest. Los rayos X de la fuente de luz de radiación sincrotron causaron que el hierro de la tinta original brillara, permitiendo a los investigadores fotografiar el documento original que un monje cristiano había desgarrado.