SLAC National Accelerator Laboratory -SLAC National Accelerator Laboratory

SLAC National Accelerator Laboratory
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Primäres Logo
SLAC-Antenne.jpg
Luftaufnahme des ehemaligen Linearbeschleunigers
Etabliert 1962
Forschungstyp Physikalische Wissenschaften
Budget 383 Millionen US-Dollar (2017)
Forschungsgebiet
Beschleunigerphysik
Photonenwissenschaft
Direktor Chi Chang Kao
Mitarbeiter 1.684
Adresse 2575 Sandhügelstr.
Menlo Park, CA 94025
Ort Menlo Park, Kalifornien , USA
37°25'03″N 122°12'09″W / 37,41750°N 122,20250°W / 37.41750; -122.20250 Koordinaten : 37°25'03″N 122°12'09″W / 37,41750°N 122,20250°W / 37.41750; -122.20250
Campus 172 ha
Spitzname SLAC
Zugehörigkeiten US-Energieministerium
Stanford University
Burton Richter
Richard E. Taylor
Martin L. Perl
Webseite www.slac.stanford.edu _ _ _
Karte
Das SLAC National Accelerator Laboratory befindet sich in Kalifornien
SLAC National Accelerator Laboratory
Standort in Kalifornien
Stanford-Linearbeschleuniger
Stanford-Linearbeschleuniger-usgs-ortho-kaminski-5900.jpg
Allgemeine Eigenschaften
Beschleunigertyp Linearbeschleuniger
Balkentyp Elektronen
Zieltyp festes Ziel
Balkeneigenschaften
Maximale Energie 50 GeV
Physikalische Eigenschaften
Länge 3,2 km
Ort Menlo Park, Kalifornien
Institution Stanford University , US-DOE
Betriebsdaten 1966 - 2006
gefolgt von LCLS

Das SLAC National Accelerator Laboratory , ursprünglich Stanford Linear Accelerator Center genannt , ist ein nationales Labor des Energieministeriums der Vereinigten Staaten , das von der Stanford University unter der programmatischen Leitung des Office of Science des US-Energieministeriums betrieben wird und sich in Menlo Park, Kalifornien, befindet . Es ist der Standort des Stanford Linear Accelerator , eines 3,2 Kilometer (2 Meilen) langen Linearbeschleunigers, der 1966 gebaut und in den 2000er Jahren abgeschaltet wurde und Elektronen auf Energien von 50  GeV beschleunigen konnte .

Heute konzentriert sich die SLAC-Forschung auf ein breites Programm in Atom- und Festkörperphysik , Chemie , Biologie und Medizin unter Verwendung von Röntgenstrahlen aus Synchrotronstrahlung und einem Freie-Elektronen-Laser sowie auf experimentelle und theoretische Forschung in Elementarteilchenphysik , Astroteilchenphysik , und Kosmologie .

Geschichte

Der Eingang zum SLAC im Menlo Park.
Der Eingang zum SLAC im Menlo Park

Die 1962 als Stanford Linear Accelerator Center gegründete Einrichtung befindet sich auf einem 172 ha (426 Acres) großen Grundstück der Stanford University an der Sand Hill Road in Menlo Park, Kalifornien, direkt westlich des Hauptcampus der Universität. Der Hauptbeschleuniger ist 3,2 km lang – der längste Linearbeschleuniger der Welt – und seit 1966 in Betrieb.

Die Forschung am SLAC hat drei Nobelpreise für Physik hervorgebracht

Die Forschung am SLAC hat drei Nobelpreise für Physik hervorgebracht :

Die Tagungseinrichtungen von SLAC boten auch einen Veranstaltungsort für den Homebrew Computer Club und andere Pioniere der Heimcomputerrevolution der späten 1970er und frühen 1980er Jahre.

1984 wurde das Labor zum ASME National Historic Engineering Landmark und zum IEEE Milestone ernannt .

SLAC entwickelte und begann im Dezember 1991 mit dem Hosting des ersten World Wide Web- Servers außerhalb Europas.

Anfang bis Mitte der 1990er Jahre untersuchte der Stanford Linear Collider (SLC) die Eigenschaften des Z-Bosons mit dem Stanford Large Detector.

Ab 2005 beschäftigte SLAC über 1.000 Mitarbeiter, von denen etwa 150 Physiker mit Doktorgrad waren , und betreute jährlich über 3.000 Gastforscher, die Teilchenbeschleuniger für die Hochenergiephysik und das Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL) für die Erforschung der Synchrotronlichtstrahlung betrieben , das in der Forschung „unverzichtbar“ war, die 2006 zum Nobelpreis für Chemie führte, der an Stanford-Professor Roger D. Kornberg verliehen wurde .

Im Oktober 2008 gab das Energieministerium bekannt, dass der Name des Zentrums in SLAC National Accelerator Laboratory geändert wird. Als Gründe werden eine bessere Darstellung der neuen Ausrichtung des Labors und die Möglichkeit, den Namen des Labors zu schützen, genannt. Die Stanford University hatte sich rechtlich gegen den Versuch des Energieministeriums gewandt, das "Stanford Linear Accelerator Center" als Marke zu kennzeichnen.

Im März 2009 wurde bekannt gegeben, dass das SLAC National Accelerator Laboratory 68,3 Millionen US-Dollar an Mitteln aus dem Recovery Act erhalten wird, die vom Office of Science des Energieministeriums ausgezahlt werden.

Im Oktober 2016 startete Bits and Watts als Zusammenarbeit zwischen SLAC und der Stanford University, um „bessere, umweltfreundlichere Stromnetze“ zu entwerfen. SLAC zog sich später wegen Bedenken über einen Industriepartner, den staatlichen chinesischen Stromversorger, zurück.

Komponenten

SLAC 3 km lange Klystron-Galerie über dem Beamline - Beschleuniger

Beschleuniger

Teil der SLAC-Beamline

Der Hauptbeschleuniger war ein HF-Linearbeschleuniger , der Elektronen und Positronen auf bis zu 50 GeV beschleunigte . Mit einer Länge von 3,2 km war der Beschleuniger der längste Linearbeschleuniger der Welt und galt als "das geradeste Objekt der Welt". bis 2017, als der europäische Freie-Elektronen-Röntgenlaser eröffnet wurde. Der Hauptbeschleuniger ist 9 m (30 ft) unter der Erde vergraben und führt unter dem Interstate Highway 280 hindurch . Die oberirdische Klystron - Galerie auf der Strahlführung war das längste Gebäude in den Vereinigten Staaten, bis die Zwillingsinterferometer des LIGO -Projekts 1999 fertiggestellt wurden. Sie ist leicht aus der Luft zu unterscheiden und wird als visueller Wegpunkt auf Luftfahrtkarten markiert.

Ein Teil des ursprünglichen Linearbeschleunigers ist jetzt Teil der Linac Coherent Light Source.

SLC-Grube und Detektor

Stanford-Linearcollider

Der Stanford Linear Collider war ein Linearbeschleuniger , der Elektronen und Positronen am SLAC kollidierte . Die Schwerpunktsenergie betrug etwa 90 GeV , was der Masse des Z-Bosons entspricht , für dessen Untersuchung der Beschleuniger ausgelegt war. Der Doktorand Barrett D. Milliken entdeckte das erste Z - Ereignis am 12. April 1989, als er über den Computerdaten des Vortages vom Mark II-Detektor brütete . Der Großteil der Daten wurde vom SLAC Large Detector gesammelt , der 1991 in Betrieb ging. Obwohl er weitgehend vom Large Electron-Positron Collider am CERN überschattet wurde , der 1989 seinen Betrieb aufnahm, war der stark polarisierte Elektronenstrahl am SLC (fast 80 % ) bestimmte einzigartige Messungen möglich, wie z. B. die Paritätsverletzung bei der Z-Boson-b-Quark-Kopplung.

Derzeit tritt kein Strahl in die südlichen und nördlichen Bögen in der Maschine ein, was zum endgültigen Fokus führt, daher wird dieser Abschnitt eingemottet, um den Strahl von der Strahlschaltanlage in den PEP2-Abschnitt zu führen.

Innenansicht des SLD

Großer SLAC-Detektor

Der SLAC Large Detector (SLD) war der Hauptdetektor für den Stanford Linear Collider. Es wurde hauptsächlich entwickelt, um Z-Bosonen nachzuweisen, die durch die Elektron-Positron-Kollisionen des Beschleunigers erzeugt werden. Die 1991 gebaute SLD war von 1992 bis 1998 in Betrieb.

PEP

PEP (Positron-Electron Project) wurde 1980 mit Schwerpunktenergien bis zu 29 GeV in Betrieb genommen. An seinem Höhepunkt hatte PEP fünf große Teilchendetektoren in Betrieb sowie einen sechsten kleineren Detektor. Etwa 300 Forscher nutzten PEP. PEP wurde 1990 eingestellt und PEP-II begann 1994 mit dem Bau.

PEP-II

Von 1999 bis 2008 bestand der Hauptzweck des Linearbeschleunigers darin, Elektronen und Positronen in den PEP-II-Beschleuniger zu injizieren, einen Elektron-Positron-Collider mit einem Paar Speicherringen mit einem Umfang von 2,2 km (1,4 Meilen). Auf PEP-II fand das BaBar-Experiment statt , eines der sogenannten B-Factory- Experimente zur Untersuchung der Ladungsparitätssymmetrie .

Stanford Synchrotron Strahlungslichtquelle

Die Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) ist eine Synchrotronlicht- Benutzereinrichtung, die sich auf dem SLAC-Campus befindet. Ursprünglich für die Teilchenphysik gebaut, wurde es in Experimenten verwendet, bei denen das J/ψ-Meson entdeckt wurde. Es wird heute ausschließlich für materialwissenschaftliche und biologische Experimente genutzt, die die hochintensive Synchrotronstrahlung des gespeicherten Elektronenstrahls nutzen, um die Struktur von Molekülen zu untersuchen. Anfang der 1990er Jahre wurde für diesen Speicherring ein unabhängiger Elektroneninjektor gebaut, der es ihm ermöglichte, unabhängig vom Hauptlinearbeschleuniger zu arbeiten.

Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop

Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop

SLAC spielt eine Hauptrolle bei der Mission und dem Betrieb des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops, das im August 2008 gestartet wurde. Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele dieser Mission sind:

  • Die Mechanismen der Teilchenbeschleunigung in AGNs , Pulsaren und SNRs verstehen .
  • Auflösung des Gammastrahlenhimmels: nicht identifizierte Quellen und diffuse Emission.
  • Bestimmung des Hochenergieverhaltens von Gammastrahlenausbrüchen und Transienten.
  • Dunkle Materie und fundamentale Physik untersuchen.

KIPAC

Das Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) ist teilweise auf dem Gelände des SLAC untergebracht, zusätzlich zu seiner Präsenz auf dem Hauptcampus von Stanford.

IMPULS

Das Stanford PULSE Institute (PULSE) ist ein unabhängiges Stanford-Labor im Zentrallabor des SLAC. PULSE wurde 2005 von Stanford gegründet, um die Stanford-Fakultät und SLAC-Wissenschaftler bei der Entwicklung ultraschneller Röntgenforschung am LCLS zu unterstützen. PULSE-Forschungspublikationen können hier eingesehen werden .

LCLS

Die Linac Coherent Light Source (LCLS) ist eine Freie-Elektronen-Laseranlage am SLAC. Das LCLS ist teilweise eine Rekonstruktion des letzten Drittels des ursprünglichen Linearbeschleunigers am SLAC und kann extrem intensive Röntgenstrahlung für die Forschung in einer Reihe von Bereichen liefern. Es erreichte das erste Lasern im April 2009.

Luftbild des Stanford Linear Accelerator Center, das das 3,2 Kilometer (2 Meilen) lange Gebäude zeigt, in dem sich die Beschleunigerstrahllinie befindet, die unter der Interstate 280 verläuft . Der Detektorkomplex ist im Osten auf der rechten Seite sichtbar

Der Laser erzeugt harte Röntgenstrahlen, die 10 9 mal so hell sind wie herkömmliche Synchrotronquellen und ist die leistungsstärkste Röntgenquelle der Welt. LCLS ermöglicht eine Vielzahl neuer Experimente und bietet Verbesserungen für bestehende experimentelle Methoden. Oft werden Röntgenstrahlen verwendet, um "Schnappschüsse" von Objekten auf atomarer Ebene zu machen, bevor Proben ausgelöscht werden. Die Wellenlänge des Lasers, die von 6,2 bis 0,13 nm (200 bis 9500 Elektronenvolt (eV)) reicht, entspricht der Breite eines Atoms und liefert extrem detaillierte Informationen, die zuvor unerreichbar waren. Darüber hinaus ist der Laser in der Lage, Bilder mit einer in Femtosekunden oder Millionenmilliardstel Sekunden gemessenen „Verschlusszeit“ aufzunehmen, was notwendig ist, weil die Intensität des Strahls oft hoch genug ist, so dass die Probe auf der Zeitskala von Femtosekunden explodiert.

LCLS-II

Das LCLS-II-Projekt soll LCLS durch Hinzufügen von zwei neuen Röntgenlaserstrahlen erheblich verbessern. Das neue System wird die 500 m (1.600 ft) des bestehenden Tunnels nutzen, um einen neuen supraleitenden Beschleuniger bei 4 GeV und zwei neue Sätze von Undulatoren hinzuzufügen, die den verfügbaren Energiebereich von LCLS erhöhen werden. Die Weiterentwicklung der Entdeckungen, die diese neuen Fähigkeiten nutzen, kann neue Medikamente, Computer der nächsten Generation und neue Materialien umfassen.

FACETTE

Im Jahr 2012 wurden die ersten zwei Drittel (~2 km) des ursprünglichen SLAC-LINAC für eine neue Benutzereinrichtung, die Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests (FACET), wieder in Betrieb genommen. Diese Einrichtung war in der Lage, 20 GeV, 3 nC Elektronen- (und Positronen-) Strahlen mit kurzen Bündellängen und kleinen Punktgrößen zu liefern, ideal für strahlgetriebene Plasmabeschleunigungsstudien . Die Anlage beendete 2016 den Betrieb für den Bau von LCLS-II, das das erste Drittel des SLAC LINAC einnehmen wird. Das FACET-II-Projekt wird Elektronen- und Positronenstrahlen im mittleren Drittel des LINAC für die Fortsetzung der strahlgetriebenen Plasmabeschleunigungsstudien im Jahr 2019 wiederherstellen.

NLCTA

Der Next Linear Collider Test Accelerator (NLCTA) ist ein 60-120 MeV Elektronenstrahl-Linearbeschleuniger mit hoher Helligkeit, der für Experimente zu fortschrittlichen Strahlmanipulations- und Beschleunigungstechniken verwendet wird. Es befindet sich an der SLAC-Endstation B. Eine Liste relevanter Forschungspublikationen kann hier eingesehen werden .

Theoretische Physik

SLAC führt auch theoretische Forschung in der Elementarteilchenphysik durch, darunter in Bereichen der Quantenfeldtheorie , Beschleunigerphysik, Astroteilchenphysik und Teilchenphänomenologie.

Andere Entdeckungen

  • SLAC war auch maßgeblich an der Entwicklung des Klystrons beteiligt, einer Hochleistungs- Mikrowellen - Verstärkungsröhre.
  • Es gibt aktive Forschung zur Plasmabeschleunigung mit jüngsten Erfolgen wie der Verdopplung der Energie von 42-GeV-Elektronen in einem Beschleuniger im Metermaßstab.
  • Am SLAC-Standort wurde eine Paleoparadoxie gefunden, und ihr Skelett kann in einem kleinen Museum dort im Breezeway besichtigt werden.
  • Die SSRL - Einrichtung wurde verwendet , um verborgenen Text im Archimedes - Palimpsest aufzudecken . Röntgenstrahlen von der Lichtquelle der Synchrotronstrahlung ließen das Eisen in der Originaltinte leuchten, sodass die Forscher das Originaldokument fotografieren konnten, das ein christlicher Mönch abgewischt hatte.

Siehe auch

Verweise

Externe Links