Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC

Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC

Logotipo principal
Vista aérea del antiguo acelerador lineal
Establecido	1962 ; hace 62 años ( 1962 )
Tipo de investigación	Ciencias físicas
Presupuesto	383 millones de dólares (2017) [1]
Campo de investigación	Física del acelerador Ciencia de los fotones
Director	Juan L. Sarrao
Personal	1.684
DIRECCIÓN	2575 Sand Hill Rd. Menlo Park, California 94025
Ubicación	Menlo Park, California , Estados Unidos 37°25′03″N 122°12′09″O / 37.41750, -122.20250
Campus	172 ha (426 acres)
Apodo	SLAC
Afiliaciones	Departamento de Energía de Estados Unidos
Agencia operadora	Universidad de Stanford
Premios Nobel	Burton Richter Richard E. Taylor Martin L. Perl
Sitio web	slac.stanford.edu
Mapa
Ubicación en California

Acelerador lineal de Stanford

Propiedades generales
Tipo de acelerador	acelerador lineal
Tipo de haz	electrones
Tipo de objetivo	objetivo fijo
Propiedades de la viga
Máxima energía	50 GeV
Propiedades físicas
Longitud	3,2 km (2,0 millas)
Ubicación	Parque Menlo, California
Institución	Universidad de Stanford , Departamento de Energía de los Estados Unidos
Fechas de operación	1966–2006
Sucedido por	LCL

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.

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 :

• 1976: El quark charm ; véase mesón J/ψ ^[4]
• 1990: Estructura de quarks dentro de protones y neutrones ^[5]
• 1995: El leptón tau ^[6]

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]

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.

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.

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]

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]

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 .

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.

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:

• Comprender los mecanismos de aceleración de partículas en AGN , púlsares y SNR .
• Para resolver el cielo de rayos gamma: fuentes no identificadas y emisión difusa.
• Determinar el comportamiento de alta energía de los estallidos y transitorios de rayos gamma.
• Para investigar la materia oscura y la física fundamental.

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.

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.

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]

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]}

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]

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.

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 .

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.

• SLAC también ha contribuido decisivamente al desarrollo del klistrón , un tubo de amplificación de microondas de alta potencia .
• Se están llevando a cabo investigaciones activas sobre la aceleración del plasma con éxitos recientes como la duplicación de la energía de electrones de 42 GeV en un acelerador de escala métrica.
• Se encontró una Paleoparadoxia en el sitio SLAC, y su esqueleto se puede ver en un pequeño museo allí en Breezeway. ^[30]
• La instalación SSRL se utilizó para revelar el texto oculto en el Palimpsesto de Arquímedes . Los rayos X de la fuente de luz de radiación de sincrotrón hicieron que el hierro de la tinta original brillara, lo que permitió a los investigadores fotografiar el documento original que un monje cristiano había borrado. ^[31]

• Física del acelerador
• Ciclotrón
• Imán dipolar
• Electromagnetismo
• Lista de partículas
• Lista de laboratorios universitarios de Estados Unidos que realizan investigaciones básicas de defensa
• Haz de partículas
• Imán cuadrupolo
• Fuente de neutrones por espalación
• Wolfgang Panofsky (1961-1984, director del SLAC; profesor de la Universidad de Stanford)

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• Sitio web oficial
  • SLAC Today Archivado el 21 de junio de 2010 en Wayback Machine , el periódico en línea de SLAC, publicado de lunes a viernes
  • Revista Symmetry, revista mensual de física de partículas de SLAC, con Fermilab