Jefferson Lab gennemfører 12 GeV -opgradering af den kontinuerlige elektronstråleacceleratorfacilitet

Kernfysikere er nu klar til at tage hul på en ny opdagelsesrejse ind i de grundlæggende byggesten i atomkernen. Færdiggørelsen af ​​12 GeV-opgraderingsprojektet af Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) ved Department of Energy's Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) varsler denne nye æra for at afbilde kerner på deres dybeste niveau.

De nyligt opgraderede CEBAF's unikke muligheder skubber grænserne for præcisionsgrænsen stadig dybere ind i sagens hjerte og muliggør en bred vifte af forskningsmuligheder. Færdiggjort til tiden og til budgettet, opgraderingen på 338 millioner dollars har tredoblet CEBAFs originale driftsenergi og bestilt et nyt eksperimentelt område, der er dedikeret til at give indsigt i et af universets store mysterier:hvorfor de grundlæggende bestanddele af stof, kvarker, kan aldrig findes isoleret. De tre eksisterende forsøgsområder blev også opgraderet for at muliggøre 3D -billeddannelse af kvarkerne i kerner og for at lette unikke søgninger efter ny fysik.

Projektafslutning følger efter den vellykkede idriftsættelse af de sidste to forsøgsområder i foråret. Jefferson Labs personale arbejdede derefter ihærdigt med at installere og idriftsætte det sidste, individuelle stykker udstyr, der er nødvendige for fuld drift i hver af sine fire forsøgshaller. Med det arbejde afsluttet, laboratoriet modtog officiel meddelelse fra DOE onsdag, 27. september kl. af den formelle godkendelse af Critical Decision 4 (CD-4), Godkend projektafslutning og driftsstart.

"De avancerede muligheder for den opgraderede CEBAF -accelerator og detektorer til at søge efter eksotiske nye partikler, afviger fra naturens symmetrier, og detaljer om kvarkadfærd inde i kerner i en skala, der tidligere var utilgængelig, lover et virkelig spændende vandskel for videnskabelig opdagelse, "sagde Dr. Tim Hallman, Associate Director for Nuclear Physics i DOE's Office of Science.

"12 GeV CEBAF Upgrade Project-teamet er begejstrede for at nå den succesfulde afslutning på dette komplekse projekt, " sagde Allison Lung, Jefferson Labs Chief Planning Officer og direktør for 12 GeV CEBAF Upgrade Project. "Dette øjeblik er en kulmination på dedikationen og det hårde arbejde fra hundredvis af medarbejdere i Jefferson Lab, Brugere, og underleverandører. "

CEBAF, en Office of Science -brugerfacilitet, er verdens mest avancerede partikelaccelerator til undersøgelse af kvarkstrukturen i atomets kerne. Baseret på superledende radiofrekvens (SRF) teknologi, acceleratoren producerer en strøm af ladede elektroner, som forskere bruger til at undersøge atomets kerne, dets protoner og neutroner, og deres kvarker og gluoner. Dens elektroner med højere energi giver de reneste sonder af atomkraft ved de højeste intensiteter, der nogensinde er opnået, muliggøre præcisionseksperimenter, der engang var tænkt uden for vores rækkevidde for at uddybe vores forståelse af nukleart stof.

CEBAF-acceleratoren blev oprindeligt designet til at levere elektroner ved energier på 4 milliarder elektron-volt, eller 4 GeV, selvom effektivitet i dets design og omfattende erfaring med drift af anlægget tillod Jefferson Lab -operatører til sidst at opnå 6 GeV -elektronstråler i sin oprindelige konfiguration. De 338 millioner dollars, flerårigt 12 GeV CEBAF-opgraderingsprojekt tredoblede CEBAF's oprindelige driftsenergi.

Projektet indebar tilføjelse af 10 nye accelerationsenheder til CEBAF for at øge sin energi, opførelsen af ​​en fjerde forsøgshal, samt en ekstra bue af magneter og en forlængelse af acceleratortunnelen for at levere stråle til hallen. Ud over, andre opgraderinger af hjælpemidler og udstyr blev foretaget, herunder en tilføjelse til køleanlægget, der gør det muligt for CEBAF's SRF -teknologi og nyt og opgraderet udstyr til de eksisterende forsøgshaller at udnytte de mere energiske elektronstråler til forsøg.

CEBAF kan nu levere sine elektroner med fuld energi, op til 12 GeV, til Hall D -komplekset, og op til 11 GeV -elektronstråler i dets oprindelige forsøgsområder, Hall A, B og C.

"Den slags forskning, vi forfølger, udforsker de mest fundamentale mysterier, "sagde Lung." Og gennemførelsen af ​​opgraderingen baner vejen for genoptagelse af Jefferson Labs videnskabelige program for alvor, med udvidede muligheder, der tillader et hidtil uset indblik i sagen. "

Den nyligt opgraderede CEBAF muliggør et mangfoldigt og overbevisende program med eksperimenter foreslået af laboratoriets 1, 500 medlemmer af forskere, der kommer til Jefferson Lab fra hele verden for at udføre deres forskning.

"De forskere, der er afhængige af vores faciliteter til at levere de muligheder, de har brug for til at udføre banebrydende forskning, er årsagen til, at vi er her, " sagde Stuart Henderson, Jefferson Lab Director. "Jefferson Lab går ind i en spændende ny æra med videnskabelig opdagelse, drevet af 12 GeV -opgraderingen og den forskning, den vil muliggøre, på vegne af vores brugere og DOE. "

"Dette er en betydningsfuld lejlighed mødt med stor spænding efter omfattende forberedelser af hele vores forskersamfund, postdocs og ph.d. studerende, "sagde Krishna Kumar, en professor ved Stonybrook University og formand for bestyrelsen i Jefferson Lab Users Group, som repræsenterer forskere, der foretager deres forskning på Jefferson Lab. "Vi kan nu implementere hele arsenalet af unikke muligheder for det opgraderede CEBAF til at udføre målinger med præcision og nøjagtighed, som ikke ville være muligt andre steder i verden og dermed gøre nye opdagelser om kræfterne blandt materiens grundlæggende byggesten."

Med den opgraderede maskine, forskere vil undersøge, hvordan kvarker interagerer, hvordan de spinder, og hvordan de er fordelt inde i protoner og neutroner. CEBAFs energiske sonder og præcisionsstråler muliggør de første tredimensionelle visninger af strukturen af ​​protoner og neutroner. Og forskere har allerede indledt banebrydende undersøgelser af den stærke kraft, den kraft, der limer sammen, i laboratoriets nyeste forsøgshal.

Forskere vil også bruge CEBAF til at skubbe grænserne for vores forståelse af standardmodellen for partikelfysik, en teori, der beskriver fundamentale partikler og deres interaktioner med hensyn til de stærke, svage og elektromagnetiske kræfter. CEBAF undersøger standardmodellen på to måder:ved at teste dens forudsigelser for strukturen af ​​protoner og neutroner, og også ved at teste dets fuldstændighed med højpræcisionsmålinger ved lave energier, hvor uoverensstemmelser kunne afsløre underskrifter af nye former for stof.

Forlængelsen af ​​CEBAFs eksperimentelle rækkevidde til sagens kerne har tiltrukket forskerenes interesse og spænding hos forskere verden over. Laboratoriets brugerfællesskab er vokset fra 1, 200 i GeV-opgraderingstiden før 12 til mere end 1, 500 i dag. Så langt, 78 eksperimenter er blevet godkendt til at køre med den 12 GeV opgraderede CEBAF. Af disse, fire forsøg blev allerede gennemført under den første idriftsættelse af anlægget og rampe op. CEBAF er i øjeblikket planlagt til at starte fuld drift i december.

Det 12 GeV CEBAF -opgraderingsprojekt begyndte i 2004, da DOE erkendte, at det udfyldte et "missionsbehov" inden for kernefysik med godkendelsen af ​​Critical Decision Zero (CD-0). Denne kritiske beslutningsprocesgodkendelse gav laboratoriet mulighed for at fortsætte med konceptuelt design, og planlægning af projektanskaffelse og udførelse. Projektering og designindsats begyndte i 2006, efterfulgt af færdiggørelse af projektdefinition i 2007, byggestart i 2008 og godkendelse af første drift i 2014.

CEBAF er verdens mest kraftfulde mikroskop til undersøgelse af atomkernen. CEBAF-acceleratoren afkøles til et par grader fra det absolutte nulpunkt for at aktivere dens superledende komponenter. Hvis det ikke var superledende, det ville kræve tre gange så meget strøm at betjene, og ydelsen ville blive stærkt reduceret. Massen af ​​et objekt øges, når dets hastighed øges, så ved 12 milliarder elektron-volt (12 GeV), elektronerne i CEBAF -strålen øges i masse 23, 500 gange.