SLAC National Accelerator Laboratory

Stanford Linearbeschleuniger

Allgemeine Eigenschaften
Beschleunigertyp	Linearbeschleuniger
Balkentyp	Elektronen
Zieltyp	Festes Ziel
Balkeneigenschaften
Maximale Energie	50 GeV
Physikalische Eigenschaften
Länge	3,2 km (2 mi) [ 2 ] : 55
Standort	Menlo Park, Kalifornien
Institution	Stanford University , US-DOE
Betriebsdaten	1966–2006
Erfolgreich gefolgt von	LCLS

Das SLAC National Accelerator Laboratory , ursprünglich Stanford Linear Accelerator Center [ ^{3 ] [ 4 ], ist} ein staatlich gefördertes Forschungs- und Entwicklungszentrum in Menlo Park, Kalifornien , USA. Das 1962 gegründete Labor wird heute vom US-Energieministerium unterstützt und von der Stanford University verwaltet . Es beherbergt den Stanford Linear Accelerator (SLAC), einen 3,2 km langen Linearbeschleuniger, der 1966 errichtet wurde ^{[ 5 ]} und Elektronen auf Energien von 20  GeV und später bis zu 50  GeV beschleunigen konnte . ^{[ 2 ] : 55}

Die Forschung am SLAC konzentriert sich heute auf ein breites Programm in den Bereichen Atom- und Festkörperphysik , Chemie , Biologie und Medizin . Dabei werden Röntgenstrahlen aus Synchrotronstrahlung und einem Freie-Elektronen-Laser genutzt. Hinzu kommen experimentelle und theoretische Forschung in Elementarteilchenphysik , Beschleunigerphysik , Astroteilchenphysik und Kosmologie . Das Labor untersteht der programmatischen Leitung des Office of Science des US-Energieministeriums.

Die Anlage, 1962 als Stanford Linear Accelerator Center gegründet, befindet sich auf einem 172 Hektar großen Gelände der Stanford University an der Sand Hill Road in Menlo Park, Kalifornien, westlich des Hauptcampus der Universität. Der Hauptbeschleuniger ist 3,2 km lang ^{[ 2 ] :55} und damit der längste Linearbeschleuniger der Welt. Er ist seit 1966 in Betrieb.

Die Forschung am SLAC hat drei Nobelpreise für Physik hervorgebracht :

• 1976: Das Charm-Quark ; siehe J/ψ-Meson ^{[ 6 ]}
• 1990: Quarkstruktur innerhalb von Protonen und Neutronen ^{[ 7 ]}
• 1995: Das Tau-Lepton ^{[ 8 ]}

Im Jahr 1984 wurde das Labor zum ASME National Historic Engineering Landmark und zum IEEE Milestone ernannt . ^{[ 9 ]}

SLAC entwickelte den ersten World Wide Web -Server außerhalb Europas und nahm ihn im Dezember 1991 in Betrieb . ^{[ 10 ]}

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

Bis 2005 beschäftigte SLAC über 1.000 Mitarbeiter, darunter etwa 150 Physiker mit Doktortitel , und betreute jährlich über 3.000 Gastforscher. SLAC betrieb Teilchenbeschleuniger für die Hochenergiephysik und das Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL) für die Synchrotronstrahlungsforschung , das für die Forschung, die 2006 zum Nobelpreis für Chemie an Stanford-Professor Roger D. Kornberg führte, „unverzichtbar“ war . ^{[ 11 ]}

Im Oktober 2008 gab das US-Energieministerium bekannt, dass der Name des Zentrums in SLAC National Accelerator Laboratory geändert werde. Als Gründe wurden eine bessere Darstellung der neuen Ausrichtung des Labors und die Möglichkeit der Markenanmeldung genannt. Die Stanford University hatte sich rechtlich gegen den Versuch des Energieministeriums gewehrt, den Namen „Stanford Linear Accelerator Center“ markenrechtlich schützen zu lassen. ^{[ 3 ] [ 12 ]}

Im März 2009 wurde bekannt gegeben, dass das SLAC National Accelerator Laboratory 68,3 Millionen Dollar aus dem Recovery Act erhalten sollte, die vom Office of Science des Energieministeriums verteilt werden sollten. ^{[ 13 ]}

Im Oktober 2016 startete Bits and Watts als Kooperation zwischen SLAC und der Stanford University mit dem Ziel, „bessere, umweltfreundlichere Stromnetze“ zu entwickeln. SLAC zog sich später aufgrund von Bedenken hinsichtlich eines Industriepartners, des staatlichen chinesischen Energieversorgers, zurück. ^{[ 14 ]}

Im April 2024 schloss SLAC nach zwei Jahrzehnten Bauzeit die Konstruktion der weltweit größten Digitalkamera für das Legacy Survey of Space and Time (LSST)-Projekt am Vera C. Rubin Observatorium in Chile ab. Die Kamera wurde 2025 in Betrieb genommen. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Der Hauptbeschleuniger war ein Hochfrequenz-Linearbeschleuniger , der Elektronen und Positronen auf bis zu 50 GeV beschleunigte . Mit einer Länge von ^{3,2 km [ 2:55 ]} war er der längste Linearbeschleuniger der Welt und galt bis zur Inbetriebnahme des europäischen Röntgen-Freie-Elektronen-Lasers im Jahr 2017 als „das geradeste Objekt der Welt“ ^{[ 17 ]} . Der Hauptbeschleuniger liegt 9 m unter der Erde ^{[ 2:59 ]} und verläuft unter der Interstate 280. ^Die oberirdische Klystrongalerie über der Strahlführung war bis zur Fertigstellung der beiden Interferometer des LIGO- Projekts im Jahr 1999 das längste Gebäude der Vereinigten Staaten . Sie ist aus der Luft gut erkennbar und in Luftfahrtkarten als visueller Wegpunkt markiert. ^{[ 18 ]}

Ein Teil des ursprünglichen Linearbeschleunigers ist heute Teil der Linac Coherent Light Source. ^{[ 19 ]}

Der Stanford Linear Collider (SLLC) war ein Linearbeschleuniger , der Elektronen und Positronen am SLAC kollidieren ließ . ^{[ 20 ]} Die Schwerpunktsenergie betrug etwa 90 GeV, was der Masse des Z-Bosons entsprach , dessen Untersuchung der Beschleuniger zum Ziel hatte. Doktorand Barrett D. Milliken entdeckte das erste Z- Ereignis am 12. April 1989, als er die Computerdaten des Vortages vom Mark-II-Detektor auswertete. ^{[ 21 ]} Der Großteil der Daten wurde vom SLAC Large Detector (SLDC) gesammelt, der 1991 in Betrieb ging. Obwohl der SLLC weitgehend vom Large Electron–Positron Collider ( LEPC) am CERN , der 1989 seinen Betrieb aufnahm, überschattet wurde, ermöglichte der hochpolarisierte Elektronenstrahl (nahezu 80 % ^{[ 22 ]} ) bestimmte einzigartige Messungen, wie beispielsweise die Paritätsverletzung in der Kopplung zwischen Z-Boson und b-Quark. ^{[ 23 ]}

Derzeit tritt kein Strahl in die südlichen und nördlichen Bögen der Maschine ein, die zum Endfokus führen. Daher ist dieser Abschnitt stillgelegt, um den Strahl vom Strahlumschalter in den Abschnitt PEP2 zu leiten.

Der SLAC Large Detector (SLD) war der Hauptdetektor des Stanford Linear Collider. Er wurde primär für den Nachweis von Z-Bosonen entwickelt, die bei den Elektron-Positron-Kollisionen des Beschleunigers entstehen. Der 1991 gebaute SLD war von 1992 bis 1998 in Betrieb. ^{[ 24 ]}

Das Positronen-Elektronen-Projekt (PEP) nahm 1980 seinen Betrieb auf und ermöglichte Messungen von Schwerpunktsenergien bis zu 29 GeV. In seiner Blütezeit betrieb PEP fünf große Teilchendetektoren sowie einen sechsten, kleineren Detektor. Rund 300 Forscher nutzten PEP. PEP wurde 1990 stillgelegt, und 1994 begann der Bau von PEP-II. ^{[ 25 ]}

Von 1999 bis 2008 diente der Linearbeschleuniger hauptsächlich dazu, Elektronen und Positronen in den PEP-II-Beschleuniger einzuspeisen, einen Elektron-Positron-Collider mit zwei Speicherringen von jeweils 2,2 km Umfang. PEP-II beherbergte das BaBar-Experiment , eines der sogenannten B-Factory -Experimente zur Untersuchung der Ladungs-Paritäts-Symmetrie .

Die Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) ist eine Synchrotronstrahlungsquelle auf dem SLAC-Campus. Ursprünglich für die Teilchenphysik errichtet, wurde sie in Experimenten eingesetzt, in denen das J/ψ-Meson entdeckt wurde. Heute wird sie ausschließlich für materialwissenschaftliche und biologische Experimente genutzt, die die hochintensive Synchrotronstrahlung des gespeicherten Elektronenstrahls zur Untersuchung der Molekülstruktur nutzen. Anfang der 1990er-Jahre wurde für diesen Speicherring ein unabhängiger Elektroneninjektor gebaut, der den Betrieb unabhängig vom Hauptlinearbeschleuniger ermöglicht.

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

• Um die Mechanismen der Teilchenbeschleunigung in AGNs , Pulsaren und SNRs zu verstehen
• Zur Aufklärung des Gammastrahlenhimmels: unidentifizierte Quellen und diffuse Emission
• Um das Hochenergieverhalten von Gammablitzen und transienten Ereignissen zu bestimmen
• Zur Erforschung dunkler Materie und fundamentaler Physik

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

Das Stanford PULSE Institute (PULSE) ist ein unabhängiges Labor der Stanford University im Zentrallabor des SLAC. PULSE wurde 2005 von Stanford gegründet, um die Forschung im Bereich ultraschneller Röntgenstrahlung am LCLS zu unterstützen. Publikationen von PULSE finden Sie hier .

Die Linac Coherent Light Source (LCLS) ist eine Freie-Elektronen-Laseranlage am SLAC. Die LCLS ist teilweise eine Rekonstruktion des letzten Drittels des ursprünglichen Linearbeschleunigers am SLAC und kann extrem intensive Röntgenstrahlung für Forschungszwecke in verschiedenen Bereichen liefern. Sie nahm im April 2009 den Laserbetrieb auf. ^{[ 26 ]}

Der Laser erzeugt harte Röntgenstrahlung mit der ^10⁹- fachen relativen Helligkeit herkömmlicher Synchrotronquellen und ist die leistungsstärkste Röntgenquelle der Welt. LCLS ermöglicht eine Vielzahl neuer Experimente und verbessert bestehende experimentelle Methoden. Röntgenstrahlung wird häufig verwendet, um Objekte auf atomarer Ebene zu untersuchen, bevor die Proben zerstört werden. Die Wellenlänge des Lasers, die von 6,2 bis 0,13 nm (200 bis 9500 Elektronenvolt (eV)) reicht ^{[ 27 ] [ 28 ]} , ist vergleichbar mit der Breite eines Atoms und liefert extrem detaillierte Informationen, die zuvor unerreichbar waren. ^{[ 29 ]} Darüber hinaus kann der Laser Bilder mit einer Verschlusszeit im Femtosekundenbereich aufnehmen, was Millionenmilliardstel Sekunden entspricht. Dies ist notwendig, da die Intensität des Strahls oft so hoch ist, dass die Probe innerhalb von Femtosekunden explodiert. ^{[ 30 ] [ 27 ]}

Das LCLS-II-Projekt sieht eine umfassende Modernisierung des LCLS durch die Hinzufügung zweier neuer Röntgenlaserstrahlen vor. Das neue System nutzt den 500 m langen bestehenden Tunnel, um einen neuen supraleitenden Beschleuniger mit 4 GeV und zwei neue Undulatoren zu integrieren, die den verfügbaren Energiebereich des LCLS erweitern. Die mit diesen neuen Möglichkeiten gewonnenen Erkenntnisse könnten unter anderem zur Entwicklung neuer Medikamente, Computer der nächsten Generation und neuer Materialien führen. ^{[ 31 ]}

Im Jahr 2012 wurden die ersten zwei Drittel (~2 km) des ursprünglichen SLAC-Linearbeschleunigers für eine neue Nutzeranlage, die Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests (FACET), wieder in Betrieb genommen. Diese Anlage war in der Lage, 20-GeV-Elektronen- (und Positronen-)Strahlen mit 3 nC, kurzen Bunchlängen und kleinen Spotgrößen zu erzeugen – ideal für Studien zur strahlgetriebenen Plasmabeschleunigung. [ ^{32 ] Die} Anlage wurde 2016 stillgelegt, da der Bau von LCLS-II das erste Drittel des SLAC-Linearbeschleunigers einnimmt. Das FACET-II-Projekt stellte 2021 die Elektronenstrahlen im mittleren Drittel des Linearbeschleunigers wieder her, um die Studien zur strahlgetriebenen Plasmabeschleunigung fortzusetzen.

Der Next Linear Collider Test Accelerator (NLCTA) ist ein Linearbeschleuniger für hochenergetische Elektronenstrahlen im Energiebereich von 60–120 MeV, der für Experimente zu fortgeschrittenen Strahlmanipulations- und Beschleunigungstechniken eingesetzt wird. Er befindet sich an der Endstation B des SLAC. ^{[ 33 ]}

SLAC betreibt außerdem theoretische Forschung auf dem Gebiet der Elementarteilchenphysik, unter anderem in den Bereichen Quantenfeldtheorie , Collider-Physik, Astroteilchenphysik und Teilchenphänomenologie.

• SLAC war auch maßgeblich an der Entwicklung des Klystrons beteiligt , einer Hochleistungs- Mikrowellenverstärkerröhre .
• Es gibt aktive Forschung zur Plasmabeschleunigung mit jüngsten Erfolgen wie der Verdopplung der Energie von 42 GeV-Elektronen in einem Meter-großen Beschleuniger.
• An der SLAC-Fundstätte wurde ein Paleoparadoxia gefunden, dessen Skelett in einem kleinen Museum im Durchgang besichtigt werden kann. ^{[ 34 ]}
• Mithilfe der SSRL-Anlage konnte verborgener Text im Archimedes-Palimpsest sichtbar gemacht werden . Röntgenstrahlen der Synchrotronstrahlungsquelle brachten das Eisen in der ursprünglichen Tinte zum Leuchten, wodurch die Forscher das Originaldokument fotografieren konnten, das ein christlicher Mönch zuvor abgewischt hatte. ^{[ 35 ]}

Folgende Personen fungierten als Direktoren von SLAC: ^{[ 36 ]}

NEIN.	Bild	Direktor	Semesterbeginn	Amtszeitende	Referenzen.
1		Wolfgang Panofsky	1961	1984
2		Burton Richter	1984	31. August 1999	[ 37 ]
3		Jonathan Dorfan	1. September 1999	12. Dezember 2007	[ 38 ] [ 39 ]
Schauspielerei		Persis Drell	9. September 2007	12. Dezember 2007	[ 40 ]
4			12. Dezember 2007	31. Oktober 2012	[ 41 ] [ 42 ]
5		Chi-Chang Kao	1. November 2012	3. Februar 2023	[ 43 ] [ 44 ]
Zwischen		Stephen Streiffer	4. Februar 2023	1. Oktober 2023	[ 45 ]
6		John Sarrao	2. Oktober 2023	gegenwärtig	[ 46 ]

• Zyklotron  – Art von Teilchenbeschleuniger
• Dipolmagnet  – Einfachste Magnetart
• Elektromagnetismus  – Fundamentale Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen
• Liste der Partikel
• Liste der US-amerikanischen Hochschullabore, die Grundlagenforschung im Verteidigungsbereich betreiben
• Teilchenstrahl  – Strom geladener oder seltener neutraler Teilchen
• Quadrupolmagnet  – Gruppe aus vier Magneten
• Spallationsneutronenquelle  – Beschleunigerbasierte Neutronenquelle in Oak Ridge, Tennessee, USA

• Offizielle Website
  • Symmetry Magazine , SLACs monatliche Zeitschrift für Teilchenphysik, in Zusammenarbeit mit Fermilab
• Virtueller SLAC-Rundgang – mit Wissenschaft, Geschichte, Fotos und mehr über SLAC
• Einsteins große Idee ( NOVA -Sendung enthält SLAC-Aufnahmen)
• SLD-Kooperationsseite
• Der Stanford Two-Mile Accelerator – Das Blue Book als PDF