Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC

SLAC National Accelerator Laboratory, originalmente chamado de Stanford Linear Accelerator Center, é um centro de pesquisa e desenvolvimento financiado pelo governo federal em Menlo Park, Califórnia, Estados Unidos. Fundado em 1962, o laboratório é hoje patrocinado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e administrado pela Universidade de Stanford. É o local do Acelerador Linear de Stanford, um acelerador linear de 3,2 quilômetros (2 milhas) construído em 1966 que poderia acelerar elétrons a energias de 50 GeV.

Atualmente, a pesquisa do SLAC concentra-se em um amplo programa de física atômica e do estado sólido, química, biologia e medicina, utilizando raios X da radiação síncrotron e um laser de elétrons livres, bem como pesquisas experimentais e teóricas em física de partículas elementares. física de astropartículas e cosmologia. O laboratório está sob a direção programática do Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos Estados Unidos.

Histórico

Fundada em 1962 como Stanford Linear Accelerator Center, a instalação está localizada em 172 ha (426 acres) de terras de propriedade da Universidade de Stanford, em Sand Hill Road, em Menlo Park, Califórnia, a oeste do principal centro da universidade. campus. O acelerador principal tem 3,2 km (2 mi) de comprimento – o acelerador linear mais longo do mundo – e está em operação desde 1966.

A pesquisa no SLAC produziu três Prêmios Nobel de Física:

• 1976: O quark charme - veja J/ψ meson
• 1990: Estrutura de Quark dentro de prótons e nêutrons
• 1995: O tau lepton

As instalações para reuniões do SLAC também serviram de local para o Homebrew Computer Club e outros pioneiros da revolução dos computadores domésticos no final dos anos 1970 e início dos anos 1980.

Em 1984, o laboratório foi nomeado um marco histórico nacional de engenharia da ASME e um marco do IEEE.

O SLAC desenvolveu e, em dezembro de 1991, começou a hospedar o primeiro servidor da World Wide Web fora da Europa.

No início e meados da década de 1990, o Stanford Linear Collider (SLC) investigou as propriedades do bóson Z usando o Stanford Large Detector.

Em 2005, o SLAC empregava mais de 1.000 pessoas, cerca de 150 das quais eram físicos com doutorado, e atendia mais de 3.000 pesquisadores visitantes anualmente, operando aceleradores de partículas para física de alta energia e o Laboratório de Radiação Síncrotron de Stanford (SSRL) para síncrotron. pesquisa sobre radiação luminosa, que era "indispensável" na pesquisa que levou ao Prêmio Nobel de Química de 2006 concedido ao professor de Stanford Roger D. Kornberg.

Em outubro de 2008, o Departamento de Energia anunciou que o nome do centro seria alterado para SLAC National Accelerator Laboratory. As razões apresentadas incluem uma melhor representação da nova direção do laboratório e a capacidade de registrar o nome do laboratório. A Universidade de Stanford se opôs legalmente à tentativa do Departamento de Energia de registrar a marca “Stanford Linear Accelerator Center”.

Em março de 2009, foi anunciado que o Laboratório Nacional do Acelerador SLAC receberia US$ 68,3 milhões em financiamento da Lei de Recuperação a serem desembolsados pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia.

Em outubro de 2016, a Bits and Watts foi lançada como uma colaboração entre a SLAC e a Universidade de Stanford para projetar “redes elétricas melhores e mais verdes”. Mais tarde, o SLAC retirou-se das preocupações sobre um parceiro da indústria, a concessionária estatal de energia elétrica chinesa.

Componentes

Acelerador

O acelerador principal era um acelerador linear de RF que acelerava elétrons e pósitrons até 50 GeV. Com 3,2 km (2,0 mi) de comprimento, o acelerador era o acelerador linear mais longo do mundo e era considerado “o objeto mais reto do mundo”. até 2017, quando foi inaugurado o laser europeu de elétrons livres de raios X. O acelerador principal está enterrado 9 m (30 pés) abaixo do solo e passa por baixo da Rodovia Interestadual 280. A galeria klystron acima do solo, no topo da linha de luz, era o edifício mais longo dos Estados Unidos até que os interferômetros gêmeos do projeto LIGO fossem concluídos. em 1999. É facilmente distinguível do ar e é marcado como um waypoint visual nas cartas aeronáuticas.

Uma parte do acelerador linear original agora faz parte da Fonte de Luz Coerente Linac.

Colisor Linear de Stanford

O Stanford Linear Collider era um acelerador linear que colidia elétrons e pósitrons no SLAC. A energia do centro de massa era de cerca de 90 GeV, igual à massa do bóson Z, que o acelerador foi projetado para estudar. O estudante de graduação Barrett D. Milliken descobriu o primeiro evento Z em 12 de abril de 1989, enquanto examinava os dados de computador do dia anterior do detector Mark II. A maior parte dos dados foi coletada pelo Grande Detector SLAC, que entrou em operação em 1991. Embora em grande parte ofuscado pelo Grande Colisor de Elétrons-Positrons do CERN, que começou a funcionar em 1989, o feixe de elétrons altamente polarizado do SLC (perto de 80%) tornou possíveis certas medições únicas, como a violação de paridade no acoplamento do quark Z Boson-b.

Atualmente nenhum feixe entra nos arcos sul e norte da máquina, o que leva ao Foco Final, portanto esta seção está desativada para direcionar o feixe para a seção PEP2 do pátio de manobra de feixe.

Detector grande SLAC

O SLAC Large Detector (SLD) foi o principal detector do Stanford Linear Collider. Ele foi projetado principalmente para detectar bósons Z produzidos pelas colisões elétron-pósitron do acelerador. Construído em 1991, o SLD funcionou de 1992 a 1998.

PEP

PEP (Positron-Electron Project) começou a operar em 1980, com energias de centro de massa de até 29 GeV. No seu ápice, o PEP tinha cinco detectores de partículas grandes em operação, bem como um sexto detector menor. Cerca de 300 pesquisadores fizeram uso do PEP. O PEP parou de operar em 1990 e o PEP-II começou a ser construído em 1994.

PEP-II

De 1999 a 2008, o objetivo principal do acelerador linear era injetar elétrons e pósitrons no acelerador PEP-II, um colisor elétron-pósitron com um par de anéis de armazenamento de 2,2 km (1,4 mi) de circunferência. O PEP-II foi anfitrião do experimento BaBar, um dos chamados experimentos B-Factory que estuda a simetria de paridade de carga.

Fonte de luz de radiação síncrotron de Stanford

A fonte de luz de radiação síncrotron de Stanford (SSRL) é uma instalação de usuário de luz síncrotron localizada no campus do SLAC. Originalmente construído para física de partículas, foi usado em experimentos onde o méson J/ψ foi descoberto. Agora é usado exclusivamente para experimentos de ciência de materiais e biologia que aproveitam a radiação síncrotron de alta intensidade emitida pelo feixe de elétrons armazenado para estudar a estrutura das moléculas. No início da década de 1990, um injetor de elétrons independente foi construído para este anel de armazenamento, permitindo-lhe operar independentemente do acelerador linear principal.

Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi

O SLAC desempenha um papel fundamental na missão e operação do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, lançado em agosto de 2008. Os principais objetivos científicos desta missão são:

• Compreender os mecanismos de aceleração de partículas em AGNs, pulsares e SNRs.
• Para resolver o céu de raios gama: fontes não identificadas e emissão difusa.
• Determinar o comportamento de alta energia de rajadas de raios gama e transientes.
• Sondar matéria escura e física fundamental.

KIPAC

O Instituto Kavli de Astrofísica e Cosmologia de Partículas (KIPAC) está parcialmente localizado nas dependências do SLAC, além de estar presente no campus principal de Stanford.

PULSO

O Stanford PULSE Institute (PULSE) é um Laboratório Independente de Stanford localizado no Laboratório Central do SLAC. O PULSE foi criado por Stanford em 2005 para ajudar professores de Stanford e cientistas do SLAC a desenvolver pesquisas ultrarrápidas de raios X no LCLS. As publicações de pesquisa do PULSE podem ser visualizadas aqui.

LCLS

A Linac Coherent Light Source (LCLS) é uma instalação de laser de elétrons livres localizada no SLAC. O LCLS é parcialmente uma reconstrução do último 1/3 do acelerador linear original do SLAC e pode fornecer radiação de raios X extremamente intensa para pesquisas em diversas áreas. Alcançou o primeiro lasing em abril de 2009.

O laser produz raios X fortes, 10⁹ vezes o brilho relativo das fontes síncrotron tradicionais e é a fonte de raios X mais poderosa do mundo. O LCLS permite uma variedade de novos experimentos e fornece melhorias para métodos experimentais existentes. Freqüentemente, os raios X são usados para tirar 'instantâneos'. de objetos em nível atômico antes de obliterar amostras. O comprimento de onda do laser, variando de 6,2 a 0,13 nm (200 a 9.500 elétron-volts (eV)) é semelhante à largura de um átomo, fornecendo informações extremamente detalhadas que antes eram inatingíveis. Além disso, o laser é capaz de capturar imagens com uma "velocidade do obturador" medido em femtossegundos, ou milhões de bilionésimos de segundo, necessário porque a intensidade do feixe costuma ser alta o suficiente para que a amostra exploda na escala de tempo de femtossegundos.

LCLS-II

O projeto LCLS-II visa fornecer uma grande atualização ao LCLS adicionando dois novos feixes de laser de raios X. O novo sistema utilizará os 500 m (1.600 pés) de túnel existente para adicionar um novo acelerador supercondutor a 4 GeV e dois novos conjuntos de onduladores que aumentarão a faixa de energia disponível do LCLS. O avanço das descobertas que utilizam essas novas capacidades pode incluir novos medicamentos, computadores de próxima geração e novos materiais.

FACETA

Em 2012, os primeiros dois terços (cerca de 2 km) do SLAC LINAC original foram recomissionados para uma nova instalação de usuário, o Centro para Testes Experimentais de Aceleradores Avançados (FACET). Essa instalação foi capaz de fornecer feixes de elétrons (e pósitrons) de 20 GeV e 3 nC com comprimentos de feixe curtos e tamanhos de pontos pequenos, ideal para estudos de aceleração de plasma acionados por feixe. A instalação encerrou as operações em 2016 para as construções do LCLS-II que ocupará o primeiro terço do SLAC LINAC. O projeto FACET-II restabelecerá os feixes de elétrons e pósitrons no terço médio do LINAC para a continuação dos estudos de aceleração de plasma acionados por feixes em 2019.

NLCTA

O Next Linear Collider Test Accelerator (NLCTA) é um acelerador linear de feixe de elétrons de alto brilho de 60-120 MeV usado para experimentos em manipulação avançada de feixe e técnicas de aceleração. Ele está localizado na estação final B do SLAC. Uma lista de publicações de pesquisa relevantes pode ser visualizada aqui. Arquivado em 15 de setembro de 2015 na Wayback Machine.

Física Teórica

O SLAC também realiza pesquisas teóricas em física de partículas elementares, inclusive em áreas de teoria quântica de campos, física de colisores, física de astropartículas e fenomenologia de partículas.

Outras descobertas

• SLAC também foi fundamental no desenvolvimento do klystron, um tubo de amplificação de microondas de alta potência.
• Há uma pesquisa ativa sobre a aceleração do plasma com sucessos recentes, como a duplicação da energia de 42 electrões GeV em um acelerador de escala de medidores.
• Havia um POLÍTICA DE CONCORRÊNCIA encontrado no local SLAC, e seu esqueleto pode ser visto em um pequeno museu lá no Breezeway.
• A instalação SSRL foi usada para revelar texto oculto no Archimedes Palimpsest. Os raios-X da luz de radiação síncrotron causaram o ferro na tinta original brilhar, permitindo que os pesquisadores fotografem o documento original que um monge cristão tinha esfoliado.