Kärnfysiker är nu redo att ge sig ut på en ny upptäcktsresa in i de grundläggande byggstenarna i atomkärnan. Slutförandet av 12 GeV -uppgraderingsprojektet för Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) vid Department of Energy:s Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) varnar denna nya era för bildkärnor på deras djupaste nivå.
Den nyligen uppgraderade CEBAF:s unika förmåga skjuter gränserna för precisionsgränsen allt djupare in i materiens hjärta och möjliggör ett komplett utbud av forskningsmöjligheter. Avslutad i tid och till budget, uppgraderingen på 338 miljoner dollar har tredubblat CEBAF:s ursprungliga driftsenergi och beställt ett nytt experimentområde för att ge insikt i ett av universums stora mysterier:varför de grundläggande beståndsdelarna i materia, kvarker, kan aldrig hittas isolerat. De tre befintliga experimentområdena uppgraderades också för att möjliggöra 3D -avbildning av kvarkerna i kärnor och för att underlätta unika sökningar efter ny fysik.
Projektets slutförande följer på framgångsrik driftsättning av de två senaste experimentområdena under våren. Jefferson Lab -personal arbetade sedan flitigt med att installera och idrifttaga det sista, individuell utrustning som behövs för full drift i var och en av sina fyra experimenthallar. Med det arbetet avslutat, laboratoriet fick officiell anmälan från DOE på onsdagen, 27 september, av det formella godkännandet av Critical Decision 4 (CD-4), Godkänna slutförande av projekt och driftstart.
"Den avancerade kapaciteten hos den uppgraderade CEBAF -acceleratorn och detektorerna för att söka efter exotiska nya partiklar, avvikelser från naturens symmetrier, och detaljer om kvarkbeteende inne i kärnor i en skala som tidigare var otillgänglig lovar en verkligt spännande vattendelare för vetenskaplig upptäckt, "sa Dr Tim Hallman, Biträdande direktör för kärnfysik i DOE:s vetenskapliga kontor.
"Teamet för 12 GeV CEBAF Upgrade Project är glada över att nå den framgångsrika avslutningen av detta komplexa projekt, "sa Allison Lung, Jefferson Labs Chief Planning Officer och direktör för 12 GeV CEBAF Upgrade Project. "Detta ögonblick är en kulmen på engagemanget och det hårda arbetet från hundratals anställda i Jefferson Lab, Användare, och underleverantörer. "
CEBAF, en Office of Science -användaranläggning, är världens mest avancerade partikelaccelerator för att undersöka kvarkstrukturen i atomkärnan. Baserat på supraledande radiofrekvens (SRF) teknik, acceleratorn producerar en ström av laddade elektroner som forskare använder för att sondera atomkärnan, dess protoner och neutroner, och deras kvarker och gluoner. Dess elektroniska strålar med högre energi ger de renaste sonderna för kärnämne vid de högsta intensiteter som någonsin uppnåtts, möjliggör precisionsexperiment som en gång var tänkt utanför vår räckvidd för att fördjupa vår förståelse av kärnämne.
CEBAF-acceleratorn var ursprungligen utformad för att ge elektroner vid energier på 4 miljarder elektronvolt, eller 4 GeV, även om effektivitet i dess design och omfattande erfarenhet av att driva anläggningen tillät Jefferson Lab -operatörer så småningom att uppnå 6 GeV -elektronstrålar i sin ursprungliga konfiguration. 338 miljoner dollar, flerårigt 12 GeV CEBAF-uppgraderingsprojekt tredubblade CEBAF:s ursprungliga driftsenergi.
Projektet innebar tillägg av 10 nya accelerationsenheter till CEBAF för att öka sin energi, byggandet av en fjärde experimenthall, samt en extra båge av magneter och en förlängning av acceleratortunneln för att leverera stråle till hallen. Dessutom, andra verktygs- och utrustningsuppgraderingar gjordes, inklusive ett tillägg till kylanläggningen som gör det möjligt för CEBAF:s SRF -teknik och ny och uppgraderad utrustning till de befintliga experimenthallarna att utnyttja de mer energiska elektronstrålarna för experiment.
CEBAF kan nu leverera sina elektroner med full energi upp till 12 GeV, till Hall D -komplexet, och upp till 11 GeV -elektronstrålar i sina ursprungliga experimentområden, Hall A, B och C.
"Den typ av forskning som vi bedriver utforskar de mest grundläggande mysterierna, "sa Lung." Och slutförandet av uppgraderingen banar väg för återupptagandet av Jefferson Labs vetenskapliga program på allvar, med utökade möjligheter som kommer att tillåta en oöverträffad inblick i materiens hjärta. "
Den nyligen uppgraderade CEBAF möjliggör ett mångsidigt och övertygande experimentprogram som föreslagits av laboratoriets 1, 500 medlemmar av forskare som kommer till Jefferson Lab från hela världen för att bedriva sin forskning.
"De forskare som förlitar sig på våra anläggningar för att tillhandahålla den kapacitet de behöver för att genomföra banbrytande forskning är anledningen till att vi är här, "sa Stuart Henderson, Jefferson Lab Director. "Jefferson Lab går in i en spännande ny era av vetenskaplig upptäckt, drivs av 12 GeV -uppgraderingen och den forskning som den kommer att möjliggöra, på våra användares och DOE:s vägnar. "
"Detta är ett betydelsefullt tillfälle som möttes av stor spänning efter omfattande förberedelser av hela vårt forskarsamhälle, postdoktorer och doktorsexamen studenter, "sa Krishna Kumar, professor vid Stonybrook University och ordförande för Jefferson Lab Users Group Board of Directors, som representerar forskare som bedriver sin forskning vid Jefferson Lab. "Vi kan nu använda hela arsenalen av unika möjligheter för det uppgraderade CEBAF för att utföra mätningar med precision och noggrannhet som inte skulle vara möjliga någon annanstans i världen och därmed göra nya upptäckter om krafterna bland materiens grundläggande byggstenar."
Med den uppgraderade maskinen, forskare kommer att undersöka hur kvarkar interagerar, hur de snurrar, och hur de fördelas inuti protoner och neutroner. CEBAFs energiska sonder och precisionsstrålar möjliggör de första tredimensionella vyerna av protoner och neutroners struktur. Och forskare har redan påbörjat banbrytande studier av den starka kraften, kraften som limmar samman materia, i laboratoriets nyaste experimenthall.
Forskare kommer också att använda CEBAF för att flytta gränserna för vår förståelse av standardmodellen för partikelfysik, en teori som beskriver grundläggande partiklar och deras interaktioner när det gäller de starka, svaga och elektromagnetiska krafter. CEBAF sonderar standardmodellen på två sätt:genom att testa dess förutsägelser för protoner och neutroners struktur, och också genom att testa dess fullständighet med högprecisionsmätningar vid låga energier, där avvikelser kan avslöja signaturer av nya former av materia.
Förlängningen av CEBAF:s experimentella räckvidd in i materiens hjärta har väckt intresse och väckt spänning hos forskare över hela världen. Laboratoriets användargrupp har vuxit från 1, 200 i GeV-uppgraderingstiden före 12 till mer än 1, 500 idag. Än så länge, 78 experiment har godkänts för körning med 12 GeV -uppgraderade CEBAF. Av dem, fyra experiment genomfördes redan under den första idrifttagningen av anläggningen och ökade. CEBAF är för närvarande planerad att börja sin fulla verksamhet i december.
Det 12 GeV CEBAF -uppgraderingsprojektet började 2004, när DOE insåg att det fyllde ett "uppdragsbehov" inom kärnfysik med godkännande av Critical Decision Zero (CD-0). Detta kritiska beslutsprocessgodkännande tillät laboratoriet att fortsätta med konceptuell design, och planering av projektförvärv och genomförande. Projektteknik och designarbete började 2006, följt av slutförande av projektdefinition 2007, byggstart 2008 och godkännande av den inledande verksamheten 2014.
CEBAF är världens mest kraftfulla mikroskop för att studera atomkärnan. CEBAF -acceleratorn kyls till inom några grader av absolut noll för att möjliggöra dess supraledande komponenter. Om det inte var supraledande, det skulle kräva tre gånger så mycket ström för att fungera, och prestandan skulle minska kraftigt. Objektets massa ökar när dess hastighet ökar, så vid 12 miljarder elektron-volt (12 GeV), elektronerna i CEBAF -strålen ökar i massa 23, 500 gånger.
