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Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC

El Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC , originalmente llamado Centro del Acelerador Lineal de Stanford , [2] [3] es un centro de investigación y desarrollo financiado por el gobierno federal en Menlo Park , California , Estados Unidos . Fundado en 1962, el laboratorio ahora está patrocinado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y administrado por la Universidad de Stanford . Es el sitio del Acelerador Lineal de Stanford , un acelerador lineal de 3,2 kilómetros (2 millas) construido en 1966 que podría acelerar electrones a energías de 50 GeV .

En la actualidad, la investigación del SLAC se centra en un amplio programa de física atómica y del estado sólido , química , biología y medicina que utiliza rayos X de radiación sincrotrón y un láser de electrones libres, así como en investigación experimental y teórica en física de partículas elementales , física de astropartículas y cosmología . El laboratorio está bajo la dirección programática de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

Historia

La entrada a SLAC en Menlo Park.
La entrada al SLAC en Menlo Park

Fundado 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 del campus principal de la universidad. El acelerador principal tiene 3,2 km (2 mi) de longitud, lo que lo convierte en el acelerador lineal más largo del mundo, y ha estado en funcionamiento desde 1966.

La investigación en SLAC ha producido tres Premios Nobel de Física

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

Las instalaciones de reuniones del SLAC también sirvieron como sede para el Homebrew Computer Club y otros pioneros de la revolución de las computadoras domésticas de finales de los años 1970 y principios de los años 1980.

En 1984, el laboratorio fue nombrado Monumento Histórico Nacional de Ingeniería ASME y un Hito IEEE . [7]

SLAC se desarrolló y, en diciembre de 1991, comenzó a alojar el primer servidor World Wide Web fuera de Europa. [8]

A principios y mediados de la década de 1990, el Colisionador Lineal de Stanford (SLC) investigó las propiedades del bosón Z utilizando el Gran Detector de Stanford.

En 2005, el SLAC empleaba a más de 1.000 personas, de las cuales unas 150 eran físicos con títulos de doctorado , y atendía a más de 3.000 investigadores visitantes cada año, operando aceleradores de partículas para física de alta energía y el Laboratorio de Radiación Sincrotrón de Stanford (SSRL) para la investigación de la radiación de luz de sincrotrón , que fue "indispensable" en la investigación que condujo al Premio Nobel de Química de 2006 otorgado al profesor de Stanford Roger D. Kornberg . [9]

En octubre de 2008, el Departamento de Energía anunció que el nombre del centro se cambiaría a SLAC National Accelerator Laboratory. Entre las razones esgrimidas se encuentran una mejor representación de la nueva dirección del laboratorio y la posibilidad de registrar como marca el nombre del laboratorio. La Universidad de Stanford se había opuesto legalmente al intento del Departamento de Energía de registrar como marca "Stanford Linear Accelerator Center". [2] [10]

En marzo de 2009, se anunció que el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC recibiría 68,3 millones de dólares en fondos de la Ley de Recuperación que serían desembolsados ​​por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía. [11]

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". SLAC luego se retiró debido a preocupaciones sobre un socio industrial, la empresa eléctrica china de propiedad estatal. [12]

En abril de 2024, SLAC completó dos décadas de trabajo en la construcción de la cámara digital más grande del mundo para el proyecto Legacy Survey of Space and Time (LSST) en el Observatorio Vera C. Rubin en Chile. Se espera que la cámara entre en funcionamiento en 2025. [13]

Componentes

Galería Klystron de 3 km (2 mi) de longitud del SLAC sobre la línea de luz del acelerador

Acelerador

Parte de la línea de luz 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 longitud, el acelerador era el acelerador lineal más largo del mundo y se afirmaba que era "el objeto más recto del mundo". [14] hasta 2017, cuando se inauguró el láser de electrones libres de rayos X europeo . El acelerador principal está enterrado a 9 m (30 pies) bajo tierra [15] y pasa por debajo de la autopista interestatal 280. La galería de klistrones sobre el suelo sobre la línea de haz fue el edificio más largo de los Estados Unidos hasta que se completaron los interferómetros gemelos del proyecto LIGO en 1999. Se distingue fácilmente desde el aire y está marcado como un punto de referencia visual en las cartas aeronáuticas. [16]

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

Pozo y detector SLC

Colisionador lineal de Stanford

El colisionador lineal de Stanford era un acelerador lineal que hacía colisionar electrones y positrones en el SLAC. [17] La ​​energía del centro de masas era de unos 90 GeV , igual a la masa del bosón Z , que el acelerador estaba diseñado para estudiar. El estudiante de posgrado Barrett D. Milliken descubrió el primer evento Z el 12 de abril de 1989 mientras estudiaba los datos informáticos del día anterior del detector Mark II. [18] La mayor parte de los datos fueron recopilados por el Gran Detector SLAC, que entró en funcionamiento en 1991. Aunque en gran medida eclipsado por el Gran Colisionador de Electrones y Positrones del CERN , que empezó a funcionar en 1989, el haz de electrones altamente polarizado del SLC (cerca del 80% [19] ) hizo posibles ciertas mediciones únicas, como la violación de la paridad en el acoplamiento del bosón Z con el quark b. [20]

Actualmente, ningún haz ingresa a los arcos sur y norte de la máquina, lo que conduce al foco final; por lo tanto, esta sección está suspendida para hacer funcionar el haz hacia la sección PEP2 desde el patio de conmutación del haz.

Vista interior del SLD

Detector de gran tamaño 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 electrón-positrón del acelerador. Construido en 1991, el SLD funcionó entre 1992 y 1998. [21]

ENERGÍA

El Proyecto Positrón-Electrón (PEP) comenzó a funcionar en 1980, con energías en el centro de masas de hasta 29 GeV. En su apogeo, el PEP tenía cinco grandes detectores de partículas en funcionamiento, así como un sexto detector más pequeño. Unos 300 investigadores utilizaron el PEP. El PEP dejó de funcionar en 1990 y la construcción del PEP-II comenzó en 1994. [22]

PEP-II

De 1999 a 2008, el principal objetivo 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 carga-paridad .

Fuente de luz de radiación sincrotrón de Stanford

La fuente de luz de radiación sincrotrón de Stanford (SSRL) es una instalación para usuarios de luz sincrotrón ubicada en el campus de SLAC. Originalmente construida 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 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 de rayos gamma Fermi

Telescopio espacial de rayos gamma Fermi

El SLAC desempeña un papel fundamental en la misión y el funcionamiento del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, lanzado en agosto de 2008. Los principales objetivos científicos de esta misión son:

KIPAC

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

LEGUMBRES

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

LCL

La fuente de luz coherente de Linac (LCLS) es una instalación de láser de electrones libres ubicada en SLAC. El LCLS es en parte una reconstrucción del último tercio del acelerador lineal original de SLAC y puede emitir radiación de rayos X extremadamente intensa para investigación en varias áreas. Logró su primera emisión láser en abril de 2009. [23]

Fotografía aérea del Centro del Acelerador Lineal de Stanford, que muestra el edificio de 3,2 kilómetros (2 millas) que alberga la línea de luz del acelerador, que pasa por debajo de la Interestatal 280. El complejo de detectores es visible hacia el este, en el lado derecho.

El láser produce rayos X duros, 10 9 veces el brillo relativo de las fuentes de sincrotrón tradicionales y es la fuente de rayos X más potente del mundo. El LCLS permite una variedad de nuevos experimentos y proporciona mejoras para los métodos experimentales existentes. A menudo, los rayos X se utilizan para tomar "instantáneas" de objetos a nivel atómico antes de destruir muestras. La longitud de onda del láser, que varía de 6,2 a 0,13 nm (200 a 9500 electronvoltios (eV)) [24] [25] es similar al ancho de un átomo, lo que proporciona información extremadamente detallada que antes era inalcanzable. [26] Además, el láser es capaz de capturar imágenes con una "velocidad de obturación" medida en femtosegundos, o millonésimas de segundo, necesaria porque la intensidad del haz suele ser lo suficientemente alta como para que la muestra explote en la escala de tiempo de femtosegundos. [27] [24]

LCLS-II

El proyecto LCLS-II tiene como objetivo proporcionar una importante actualización al LCLS mediante la incorporación de dos nuevos haces láser de rayos X. El nuevo sistema utilizará los 500 m (1.600 pies) de túnel existente para añadir un nuevo acelerador superconductor de 4 GeV y dos nuevos conjuntos de onduladores que aumentarán el rango de energía disponible del LCLS. Los avances derivados de los descubrimientos que se realicen con el uso de estas nuevas capacidades pueden incluir nuevos fármacos, ordenadores de última generación y nuevos materiales. [28]

FACETA

En 2012, los dos primeros tercios (~2 km) del LINAC original del SLAC se volvieron a poner en servicio para una nueva instalación de usuario, la Instalación para Pruebas Experimentales Avanzadas de Aceleradores (FACET). Esta instalación era capaz de entregar haces de electrones (y positrones) de 20 GeV, 3 nC con longitudes de haz cortas y tamaños de punto pequeños, ideales para estudios de aceleración de plasma impulsados ​​por haz . [29] La instalación finalizó sus operaciones en 2016 para la construcción de LCLS-II que ocupará el primer tercio del LINAC del SLAC. El proyecto FACET-II restablecerá haces de electrones y positrones en el tercio medio del LINAC para la continuación de los estudios de aceleración de plasma impulsados ​​por haz en 2019.

Asociación Nacional de Tarea Contable y Comercial (NLCTA)

El 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 manipulación y aceleración de haces. Está ubicado en la estación terminal B del SLAC. Se puede consultar una lista de publicaciones de investigación relevantes aquí Archivado el 15 de septiembre de 2015 en Wayback Machine .

Física teórica

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

Otros descubrimientos

Véase también

Referencias

  1. ^ Laboratorios de un vistazo - SLAC http://science.energy.gov/laboratories/slac-national-accelerator-laboratory/ Archivado el 9 de febrero de 2014 en Wayback Machine
  2. ^ ab "SLAC cambia de nombre a SLAC Natl. Accelerator Laboratory". The Stanford Daily . 16 de octubre de 2008. Archivado desde el original el 5 de junio de 2013 . Consultado el 16 de octubre de 2008 .
  3. ^ "El Centro del Acelerador Lineal de Stanford pasa a llamarse Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC" (Nota de prensa). Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC. 15 de octubre de 2008. Archivado desde el original el 26 de julio de 2011. Consultado el 20 de julio de 2011 .
  4. ^ Premio Nobel de Física 1976 Archivado el 7 de diciembre de 2005 en Wayback Machine . Se le concedió la mitad del premio a Burton Richter .
  5. ^ Premio Nobel de Física 1990 Archivado el 26 de noviembre de 2005 en Wayback Machine. Premio dividido entre Jerome I. Friedman , Henry W. Kendall y Richard E. Taylor .
  6. ^ Premio Nobel de Física 1995 Archivado el 2 de diciembre de 2005 en Wayback Machine. Medio premio otorgado a Martin L. Perl .
  7. ^ "Milestones:Stanford Linear Accelerator Center, 1962". IEEE Global History Network . IEEE. Archivado desde el original el 6 de marzo de 2012 . Consultado el 3 de agosto de 2011 .
  8. ^ "Archivos y Oficina de Historia: Cronología y documentos antiguos". Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2005. Consultado el 27 de diciembre de 2016 .
  9. ^ "Premio Nobel de Química 2006". Centro de visitantes virtuales del SLAC . Universidad de Stanford. nd Archivado desde el original el 5 de agosto de 2011. Consultado el 19 de marzo de 2015 .
  10. ^ "SLAC Today". Archivado desde el original el 30 de julio de 2011. Consultado el 27 de diciembre de 2016 .
  11. ^ "23, 2009 - El Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC recibirá $68,3 millones en fondos de la Ley de Recuperación". Archivado desde el original el 20 de octubre de 2022 . Consultado el 30 de mayo de 2014 .
  12. ^ Hannah Knowles; Berber Jin (29 de mayo de 2019). "Se cuestiona el acceso chino a la investigación: surgen desacuerdos sobre la inclusión y la seguridad nacional". Vol. 255, núm. 66. The Stanford Daily.
  13. ^ Dorsey, Dustin (12 de abril de 2024). "La cámara digital más grande del mundo ahora está lista en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en el Área de la Bahía". KGO-TV . Estaciones de televisión propiedad de ABC . Consultado el 16 de junio de 2024 .
  14. ^ Saracevic, Alan T. "Silicon Valley: es el punto de encuentro entre el cerebro y el dinero". Archivado el 22 de noviembre de 2012 en Wayback Machine . San Francisco Chronicle, 23 de octubre de 2005. pág. J2. Consultado el 24 de octubre de 2005.
  15. ^ Neal, RB (1968). "Cap. 5" (PDF) . The Stanford Two-Mile Accelerator . Nueva York, Nueva York: WA Benjamin, Inc. p. 59. Archivado (PDF) desde el original el 14 de julio de 2010. Consultado el 17 de septiembre de 2010 .
  16. ^ "Punto de referencia VPSLA | OpenNav". Archivado desde el original el 9 de agosto de 2019 . Consultado el 9 de agosto de 2019 .
  17. ^ Loew, GA (1984). "El colisionador lineal SLAC y algunas ideas sobre futuros colisionadores lineales" (PDF) . Actas de la Conferencia sobre aceleradores lineales de 1984. Archivado (PDF) del original el 8 de junio de 2013. Consultado el 29 de junio de 2013 .
  18. ^ Rees, JR (1989). "El colisionador lineal de Stanford". Scientific American . 261 (4): 36–43. Código Bibliográfico :1989SciAm.261d..58R. doi :10.1038/scientificamerican1089-58.Véase también el cuaderno de bitácora de un colega en http://www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000294 Archivado el 27 de septiembre de 2007 en Wayback Machine .
  19. ^ Ken Baird, Mediciones de A LR y A lepton de SLD http://hepweb.rl.ac.uk/ichep98/talks_1/talk101.pdf Archivado el 5 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
  20. ^ Wright, Thomas R. (2002). "Violación de paridad en desintegraciones de bosones Z en quarks pesados ​​en SLD" (PDF) . doi :10.2172/801825. OSTI  801825. S2CID  116959532. Archivado desde el original (PDF) el 26 de noviembre de 2020. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  21. ^ "El Centro del Acelerador Lineal de Stanford". Archivado desde el original el 5 de diciembre de 2020. Consultado el 10 de octubre de 2020 .
  22. ^ "El Centro del Acelerador Lineal de Stanford". Archivado desde el original el 28 de abril de 2016 . Consultado el 27 de diciembre de 2016 .
  23. ^ "Fuente de luz coherente Linac SLAC". Archivado desde el original el 6 de diciembre de 2017. Consultado el 27 de diciembre de 2016 .
  24. ^ ab "CIENCIA DE MATERIALES DE RAYOS X BLANDOS (SXR)". Archivado desde el original el 17 de septiembre de 2015 . Consultado el 22 de marzo de 2015 .
  25. ^ "Página de estado de LCLS". Archivado desde el original el 7 de diciembre de 2016 . Consultado el 4 de febrero de 2016 .
  26. ^ Bostedt, C.; et al. (2013). "Ciencias de rayos X ultrarrápidas y ultraintensas: primeros resultados del láser de electrones libres de fuente de luz coherente Linac". Journal of Physics B . 46 (16): 164003. Bibcode :2013JPhB...46p4003B. doi :10.1088/0953-4075/46/16/164003. S2CID  121297567.
  27. ^ Ehrenberg, Rachel. "Radiografía de la maquinaria microscópica de la vida / Nueva técnica láser promete hacer visible lo subcelular". ScienceNews.org . Noticias científicas . Archivado desde el original el 13 de diciembre de 2011.
  28. ^ "Actualización del LCLS-II para permitir una investigación pionera en muchos campos". Cryogenic Society of America . 8 de julio de 2015. Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2015. Consultado el 15 de agosto de 2015 .
  29. ^ "FACET: la nueva función para usuarios de SLAC" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 22 de noviembre de 2014 . Consultado el 6 de agosto de 2014 .
  30. ^ Paleoparadoxia del SLAC de Stanford Archivado el 29 de agosto de 2005 en Wayback Machine. Muchas gracias a Adele Panofsky, la esposa del Dr. Panofsky, por su reensamblaje de los huesos de la Paleoparadoxia descubiertos en el SLAC.
  31. ^ Bergmann, Uwe. "Imágenes de fluorescencia de rayos X del palimpsesto de Arquímedes: resumen técnico" (PDF) . SLAC National Accelerator Laboratory. Archivado (PDF) del original el 18 de mayo de 2017. Consultado el 4 de octubre de 2009 .

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