Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley

Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), comúnmente conocido como Berkeley Lab, es un laboratorio nacional de los Estados Unidos propiedad de, y realizar investigaciones científicas en nombre del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Ubicado en las colinas de Berkeley, California, el laboratorio tiene vista al campus de la Universidad de California, Berkeley, y es administrado por el sistema de la Universidad de California.

Historia

1931-1941

El laboratorio fue fundado el 26 de agosto de 1931 por Ernest Lawrence, como el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California, Berkeley, asociado con el Departamento de Física. Centró la investigación física en torno a su nuevo instrumento, el ciclotrón, un tipo de acelerador de partículas por el que recibió el Premio Nobel de Física en 1939. A lo largo de la década de 1930, Lawrence impulsó la creación de máquinas cada vez más grandes para la investigación física, cortejando a filántropos privados para fondos. Fue el primero en desarrollar un gran equipo para construir grandes proyectos para hacer descubrimientos en investigación básica. Eventualmente, estas máquinas se hicieron demasiado grandes para sostenerlas en los terrenos de la universidad, y en 1940 el laboratorio se mudó a su sitio actual en la cima de la colina sobre el campus. Parte del equipo formado durante este período incluye a otros dos jóvenes científicos que luego dirigieron grandes laboratorios: J. Robert Oppenheimer, quien dirigió el Laboratorio de Los Álamos, y Robert Wilson, quien dirigió Fermilab.

1942–1950

Leslie Groves visitó el Laboratorio de Radiación de Lawrence a finales de 1942 mientras organizaba el Proyecto Manhattan y conoció a J. Robert Oppenheimer por primera vez. Oppenheimer se encargó de organizar el esfuerzo de desarrollo de la bomba nuclear y fundó el actual Laboratorio Nacional de Los Álamos para ayudar a mantener el trabajo en secreto. En RadLab, Lawrence y sus colegas desarrollaron la técnica de enriquecimiento electromagnético de uranio utilizando su experiencia con ciclotrones. Los calutrones (llamados así por la Universidad) se convirtieron en la unidad básica de la enorme instalación Y-12 en Oak Ridge, Tennessee. El laboratorio de Lawrence ayudó a contribuir a lo que se ha considerado los tres desarrollos tecnológicos más valiosos de la guerra (la bomba atómica, la espoleta de proximidad y el radar). El ciclotrón, cuya construcción se estancó durante la guerra, se terminó en noviembre de 1946. El Proyecto Manhattan cerró dos meses después.

1951–2018

Después de la guerra, el Laboratorio de Radiación se convirtió en uno de los primeros laboratorios en incorporarse a la Comisión de Energía Atómica (AEC) (ahora Departamento de Energía, DOE). El trabajo más altamente clasificado permaneció en Los Álamos, pero el RadLab siguió involucrado. Edward Teller sugirió establecer un segundo laboratorio similar a Los Álamos para competir con sus diseños. Esto condujo a la creación de una rama del RadLab (ahora el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore) en 1952. Parte del trabajo del RadLab se transfirió al nuevo laboratorio, pero algunas investigaciones clasificadas continuaron en Berkeley Lab hasta la década de 1970. cuando se convirtió en un laboratorio dedicado únicamente a la investigación científica no clasificada.

Poco después de la muerte de Lawrence en agosto de 1958, el Laboratorio de Radiación de la UC (ambas ramas) pasó a llamarse Laboratorio de Radiación de Lawrence. La ubicación de Berkeley se convirtió en Lawrence Berkeley Laboratory en 1971, aunque muchos continuaron llamándolo RadLab. Gradualmente, otra forma abreviada entró en uso común, LBL. Su nombre formal fue modificado a Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory en 1995, cuando "National" se agregó a los nombres de todos los laboratorios del DOE. 'Ernest Orlando' más tarde se eliminó para acortar el nombre. Hoy en día, el laboratorio se conoce comúnmente como Berkeley Lab.

Los memorandos de física de Alvarez son un conjunto de documentos de trabajo informales del gran grupo de físicos, ingenieros, programadores informáticos y técnicos dirigidos por Luis W. Alvarez desde principios de la década de 1950 hasta su muerte en 1988. Más de 1700 memorandos están disponibles en -line, alojado por el Laboratorio.

En 2018, el laboratorio sigue siendo propiedad del Departamento de Energía de EE. UU., con la administración de la Universidad de California. Empresas como Intel estaban financiando la investigación del laboratorio sobre chips informáticos.

Universidad de California Radiation Laboratory staff on the magnet yoke for the 60-inch cyclotron, 1938; Los ganadores del premio Nobel Ernest Lawrence, Edwin McMillan, y Luis Alvarez se muestran, además de J. Robert Oppenheimer y Robert R. Wilson.

Directores de laboratorio

• (1931-1958): Ernest Lawrence
• (1958-1972): Edwin McMillan
• (1973-1980): Andrew Sessler
• (1980–1989): David Shirley
• (1989–2004): Charles V. Shank
• (2004–2008): Steven Chu
• (2009–2016): Paul Alivisatos
• (2016–presente): Michael Witherell

Misión científica

Desde la década de 1950 hasta el presente, Berkeley Lab ha mantenido su estatus como un importante centro internacional de investigación física y también ha diversificado su programa de investigación en casi todos los ámbitos de la investigación científica. Su misión es resolver los problemas científicos más apremiantes y profundos que enfrenta la humanidad, realizar investigaciones básicas para un futuro energético seguro, comprender los sistemas vivos para mejorar el medio ambiente, la salud y el suministro de energía, comprender la materia y la energía en el universo, construir y operar de manera segura instalaciones científicas líderes para la nación y capacitar a la próxima generación de científicos e ingenieros

Las 20 divisiones científicas del Laboratorio están organizadas en seis áreas de investigación: Ciencias de la Computación, Ciencias Físicas, Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente, Biociencias, Ciencias de la Energía y Tecnologías de la Energía. Berkeley Lab tiene seis objetivos científicos principales: avance de la ciencia energética fundamental integrada, ciencia del sistema biológico y ambiental integradora, computación avanzada para el impacto científico, descubrimiento de las propiedades fundamentales de la materia y la energía, aceleradores para el futuro y desarrollo de innovaciones tecnológicas energéticas para un futuro sostenible.. Lawrence creía que la investigación científica se realiza mejor a través de equipos de personas con diferentes campos de experiencia, que trabajan juntas. Su concepto de trabajo en equipo es una tradición de Berkeley Lab que continúa en la actualidad.

La Fuente de Luz Avanzada y los edificios circundantes

The Integrative Genomics Building, home to the Joint Genome Institute

La fundición molecular

Berkeley Lab opera cinco importantes instalaciones nacionales de usuarios para la Oficina de Ciencias del DOE:

1. La Fuente de Luz Avanzada (ALS) es una fuente de luz sincrotron con 41 líneas de haz que proporcionan rayos X ultravioletas, suaves y duras a experimentos científicos. El ALS es una de las fuentes más brillantes del mundo de rayos X blandos, que se utilizan para caracterizar la estructura electrónica de la materia y para revelar estructuras microscópicas con especificidad elemental y química. Alrededor de 2.500 científicos-usuarios realizan investigaciones en la ALS cada año. Berkeley Lab propone una actualización de ALS que aumentaría el flujo coherente de rayos X blandos por dos-tres órdenes de magnitud.
2. El Instituto Conjunto de Genomas (JGI) apoya la investigación genómica en apoyo de las misiones del DOE en energía alternativa, ciclismo mundial de carbono y gestión ambiental. Los laboratorios asociados del JGI son Berkeley Lab, Lawrence Livermore National Lab (LLNL), Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), y el HudsonAlpha Institute for Biotechnology. El papel central del JGI es el desarrollo de una diversidad de capacidades experimentales y computacionales a gran escala para vincular secuencias a ideas biológicas relevantes para la investigación energética y ambiental. Aproximadamente 1.200 usuarios científicos aprovechan las capacidades de JGI para su investigación cada año. La fundación de Intel cofundador y Berkeley alumnus Gordon Moore ha proporcionado, desde la fundación del instituto, más de 9,4 millones de dólares en financiación.
3. La Fundición Molecular es una instalación multidisciplinar de investigación de nanociencias. Sus siete instalaciones de investigación se centran en Imágenes y Manipulación de Nanoestructuras, Nanofabricación, Teoría de Materiales Nanoestructurados, Nanoestructuras Inorgánicas, Nanoestructuras Biológicas, Síntesis Orgánica y Macromolecular y Microscopía Electron. Aproximadamente 700 científicos utilizan estas instalaciones en su investigación cada año.
4. El National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) es la instalación de computación científica que proporciona computadoras a gran escala para los programas de investigación no clasificados del DOE. Sus sistemas actuales proporcionan más de 3.000 millones de horas computacionales al año. NERSC apoya a 6.000 usuarios científicos de universidades, laboratorios nacionales e industria.
5. La Red de Ciencias de la Energía (ESnet) es una infraestructura de red de alta velocidad optimizada para flujos de datos científicos muy grandes. ESNet proporciona conectividad para todos los principales sitios e instalaciones del DOE, y la red transporta aproximadamente 35 petabytes de tráfico cada mes.

Berkeley Lab es el socio principal del Instituto Conjunto de BioEnergía (JBEI), ubicado en Emeryville, California. Otros socios son los Laboratorios Nacionales Sandia, los campus de Berkeley y Davis de la Universidad de California (UC), la Institución Carnegie para la Ciencia y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). La principal misión científica de JBEI es avanzar en el desarrollo de la próxima generación de biocombustibles: combustibles líquidos derivados de la energía solar almacenada en la biomasa vegetal. JBEI es uno de los tres nuevos Centros de Investigación de Bioenergía (BRC) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).

Berkeley Lab tiene un papel importante en dos centros de innovación energética del DOE. La misión del Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial (JCAP) es encontrar un método rentable para producir combustibles utilizando solo luz solar, agua y dióxido de carbono. La institución principal de JCAP es el Instituto de Tecnología de California y Berkeley Lab es el segundo centro institucional. La misión del Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía (JCESR) es crear tecnologías de almacenamiento de energía de próxima generación que transformarán el transporte y la red eléctrica. El Laboratorio Nacional de Argonne lidera JCESR y Berkeley Lab es un socio importante.

Operaciones y gobernanza

La Universidad de California opera el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley bajo un contrato con el Departamento de Energía. El sitio consta de 76 edificios (propiedad del Departamento de Energía de EE. UU.) ubicados en 200 acres (0,81 km²) propiedad de la universidad en Berkeley Hills. En total, el Laboratorio cuenta con unos 4.000 empleados de la UC, de los cuales unos 800 son estudiantes o posdoctorados, y cada año recibe a más de 3.000 científicos invitados participantes. Hay aproximadamente dos docenas de empleados del DOE estacionados en el laboratorio para brindar supervisión federal del trabajo de Berkeley Lab para el DOE. El director del laboratorio, Michael Witherell, es designado por los regentes de la universidad e informa al rector de la universidad. Aunque Berkeley Lab está gobernado por UC independientemente del campus de Berkeley, las dos entidades están estrechamente interconectadas: más de 200 investigadores de Berkeley Lab tienen nombramientos conjuntos como profesores de UC Berkeley.

El presupuesto del laboratorio para el año fiscal 2019 fue US$1.1 mil millones de dólares.

Logros científicos, invenciones y descubrimientos

Los logros científicos notables en el laboratorio desde la Segunda Guerra Mundial incluyen la observación del antiprotón, el descubrimiento de varios elementos transuránicos y el descubrimiento del universo en aceleración.

Desde sus inicios, 15 investigadores asociados con Berkeley Lab (Ernest Lawrence, Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, Owen Chamberlain, Emilio G. Segrè, Donald A. Glaser, Melvin Calvin, Luis W. Alvarez, Yuan T. Lee, Steven Chu, George F. Smoot, Saul Perlmutter, Jennifer Doudna, John Clauser y Carolyn Bertozzi) han recibido el Premio Nobel de Física o el Premio Nobel de Química. Además, veintitrés empleados de Berkeley Lab, como colaboradores del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático, compartieron el Premio Nobel de la Paz 2007 con el exvicepresidente Al Gore.

Setenta científicos de Berkeley Lab son miembros de la Academia Nacional de Ciencias (NAS) de EE. UU., uno de los más altos honores para un científico en los Estados Unidos. Trece científicos de Berkeley Lab han ganado la Medalla Nacional de Ciencias, el premio más importante del país por su trayectoria en los campos de la investigación científica. Dieciocho ingenieros de Berkeley Lab han sido elegidos para la Academia Nacional de Ingeniería y tres científicos de Berkeley Lab han sido elegidos para la Academia Nacional de Medicina. Nature Index califica al laboratorio como el quinto en el mundo entre las organizaciones gubernamentales de investigación; es el único de los seis principales que es un solo laboratorio, en lugar de un sistema de laboratorios.

Los elementos descubiertos por los físicos de Berkeley Lab incluyen astato, neptunio, plutonio, americio, curio, berkelio*, californio*, einstenio, fermio, mendelevio, nobelio, laurencio*, dubnio y seaborgio*. Los elementos enumerados con asteriscos (*) llevan el nombre de los profesores universitarios Lawrence y Seaborg. Seaborg fue el principal científico involucrado en su descubrimiento. El elemento tecnecio fue descubierto después de que Ernest Lawrence le diera a Emilio Segrè una tira de molibdeno del ciclotrón del Laboratorio de Berkeley. La evidencia fabricada utilizada para afirmar la creación de oganesson y livermorium por parte de Victor Ninov, un investigador empleado en Berkeley Lab, condujo a la retractación de dos artículos.

Los inventos y descubrimientos que surgirán de Berkeley Lab incluyen: "inteligente" ventanas con electrodos integrados que permiten que el vidrio de la ventana responda a los cambios en la luz solar, genes sintéticos para antipalúdicos y superfármacos contra el SIDA basados en avances en biología sintética, balastos electrónicos para una iluminación más eficiente, Home Energy Saver, el primer intento de la web una herramienta de auditoría de energía para el hogar que puede hacer usted mismo, un muestreador de ADN de bolsillo llamado PhyloChip y la estufa Berkeley Darfur, que usa una cuarta parte de la leña que las estufas tradicionales. Uno de los avances más notables de Berkeley Lab es el descubrimiento de la energía oscura. Durante las décadas de 1980 y 1990, los físicos y astrónomos del Laboratorio de Berkeley formaron el Proyecto de Cosmología de Supernovas (SCP), utilizando supernovas de Tipo Ia como "velas estándar" para medir la tasa de expansión del universo. Sus exitosos métodos inspiraron la competencia, con el resultado de que a principios de 1998 tanto el SCP como el Equipo de Búsqueda de Supernovas High-Z anunciaron el sorprendente descubrimiento de que la expansión se está acelerando; la causa pronto se denominó energía oscura.

Arthur Rosenfeld, científico sénior de Berkeley Lab, fue un destacado defensor de la eficiencia energética desde 1975 hasta su muerte en 2017. Lideró esfuerzos en el laboratorio que produjeron varias tecnologías que mejoraron radicalmente la eficiencia: lámparas fluorescentes compactas, lámparas de bajo consumo refrigeradores y ventanas que atrapan el calor. Estableció el Centro de Ciencias de la Construcción en el Laboratorio, que se convirtió en la División de Sistemas Urbanos y Tecnología de la Construcción. Desarrolló los primeros estándares de eficiencia energética para edificios y electrodomésticos en California, lo que ayudó al estado a mantener un uso constante de electricidad per cápita, un fenómeno llamado efecto Rosenfeld. La División de Eficiencia Energética e Impactos Ambientales continúa sentando las bases de investigación para los estándares nacionales de eficiencia energética y trabaja con China, India y otros países para ayudar a desarrollar sus estándares.

Carl Haber y Vitaliy Fadeyev de Berkeley Lab desarrollaron el sistema IRENE para el escaneo óptico de discos y cilindros de audio.

En diciembre de 2018, investigadores de Intel Corp. y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley publicaron un artículo en Nature, que describía un chip "hecho con materiales cuánticos llamados multiferroicos magnetoeléctricos en lugar del silicio convencional.," para permitir un mayor procesamiento y un menor consumo de energía para respaldar tecnologías como la inteligencia artificial.

Personas notables

• Haimei Zheng, científico chino-americano de materiales y científico superior del personal