Kernfysici staan ​​nu op het punt een nieuwe ontdekkingsreis te beginnen naar de fundamentele bouwstenen van de kern van het atoom. De voltooiing van het 12 GeV-upgradeproject van de Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) bij de Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) van het Department of Energy luidt dit nieuwe tijdperk in om kernen op hun diepste niveau in beeld te brengen.

De unieke mogelijkheden van de onlangs verbeterde CEBAF verleggen de grenzen van de precisiegrens steeds dieper naar het hart van de materie en maken een volledig scala aan onderzoeksmogelijkheden mogelijk. Op tijd en binnen budget afgerond, de upgrade van $ 338 miljoen heeft de oorspronkelijke bedrijfsenergie van CEBAF verdrievoudigd en heeft een nieuw experimenteel gebied in gebruik genomen dat is gewijd aan het verschaffen van inzicht in een van de grote mysteries van het universum:waarom de fundamentele bestanddelen van materie, quarks, mag nooit geïsoleerd worden gevonden. De drie bestaande experimentele gebieden werden ook geüpgraded om de 3D-beeldvorming van de quarks in kernen mogelijk te maken en om unieke zoektochten naar nieuwe fysica te vergemakkelijken.

Oplevering van het project volgt op de succesvolle ingebruikname van de laatste twee proefgebieden in het voorjaar. Het personeel van Jefferson Lab werkte vervolgens ijverig om de laatste, individuele uitrustingen die nodig zijn voor volledige operaties in elk van de vier experimentele hallen. Met dat werk voltooid, het laboratorium ontving woensdag officieel bericht van DOE, 27 september van de formele goedkeuring van kritische beslissing 4 (CD-4), Goedkeuren van de voltooiing van het project en de start van de operaties.

"De geavanceerde mogelijkheden van de verbeterde CEBAF-versneller en detectoren om te zoeken naar exotische nieuwe deeltjes, afwijkingen van de symmetrieën van de natuur, en details van quarkgedrag in kernen op een schaal die voorheen ontoegankelijk was, beloven een echt opwindend keerpunt van wetenschappelijke ontdekkingen, " zei dr. Tim Hallman, Associate Director voor Nucleaire Fysica in DOE's Office of Science.

"Het 12 GeV CEBAF Upgrade Project-team is verheugd om de succesvolle afronding van dit complexe project te bereiken, " zei Allison Lung, Jefferson Lab's Chief Planning Officer en directeur van het 12 GeV CEBAF Upgrade Project. "Dit moment is een hoogtepunt van de toewijding en het harde werk van honderden medewerkers van Jefferson Lab, gebruikers, en onderaannemers."

CEBAF, een Office of Science User Facility, is 's werelds meest geavanceerde deeltjesversneller voor het onderzoeken van de quarkstructuur van de atoomkern. Gebaseerd op supergeleidende radiofrequentie (SRF) technologie, de versneller produceert een stroom geladen elektronen die wetenschappers gebruiken om de kern van het atoom te onderzoeken, zijn protonen en neutronen, en hun quarks en gluonen. De elektronenbundels met hogere energie leveren de schoonste sondes van nucleaire materie met de hoogste intensiteiten die ooit zijn bereikt, precisie-experimenten mogelijk maken waarvan ooit werd gedacht dat ze buiten ons bereik lagen om ons begrip van nucleaire materie te verdiepen.

De CEBAF-versneller is oorspronkelijk ontworpen om elektronen te leveren met energieën van 4 miljard elektronvolt, of 4 GeV, hoewel efficiëntie in het ontwerp en uitgebreide ervaring in het runnen van de faciliteit het Jefferson Lab-operators in staat stelden om uiteindelijk 6 GeV-elektronenstralen in de oorspronkelijke configuratie te bereiken. De $ 338 miljoen, meerjarig 12 GeV CEBAF Upgrade Project verdrievoudigde de oorspronkelijke bedrijfsenergie van CEBAF.

Het project omvatte de toevoeging van 10 nieuwe acceleratie-eenheden aan CEBAF om zijn energie te verhogen, de bouw van een vierde proefhal, evenals een extra boog van magneten en een verlenging van de acceleratortunnel om de straal naar de hal te brengen. In aanvulling, andere upgrades van nutsvoorzieningen en apparatuur zijn gemaakt, inclusief een toevoeging aan de koelinstallatie die CEBAF's SRF-technologie en nieuwe en verbeterde apparatuur in de bestaande experimentele hallen mogelijk maakt om te profiteren van de meer energetische elektronenstralen voor experimenten.

CEBAF kan nu zijn elektronenbundels met volledige energie leveren, tot 12 GeV, naar het hal D-complex, en tot 11 GeV elektronenbundels in de oorspronkelijke experimentele gebieden, zalen A, B en C.

"Het soort onderzoek dat we nastreven, onderzoekt de meest fundamentele mysteries, "zei Lung. "En het voltooien van de upgrade maakt de weg vrij voor de hervatting van het wetenschappelijke programma van Jefferson Lab in alle ernst, met uitgebreide mogelijkheden die een ongekende blik in het hart van de materie mogelijk zullen maken."

De onlangs geüpgradede CEBAF maakt een divers en boeiend programma van experimenten mogelijk, voorgesteld door de 1, Een gemeenschap van 500 leden van wetenschappers die vanuit de hele wereld naar Jefferson Lab komen om hun onderzoek uit te voeren.

"De wetenschappers die afhankelijk zijn van onze faciliteiten om de capaciteiten te bieden die ze nodig hebben om baanbrekend onderzoek uit te voeren, zijn de reden dat we hier zijn, " zei Stuart Henderson, Jefferson Lab-directeur. "Jefferson Lab betreedt een opwindend nieuw tijdperk van wetenschappelijke ontdekkingen, aangedreven door de 12 GeV Upgrade en het onderzoek dat het mogelijk zal maken, namens onze gebruikers en de DOE."

"Dit is een gedenkwaardige gelegenheid die met grote opwinding werd begroet na uitgebreide voorbereidingen door onze hele gemeenschap van wetenschappers, postdocs en Ph.D. studenten, " zei Krishna Kumar, een professor aan de Stonybrook University en voorzitter van de raad van bestuur van de Jefferson Lab Users Group, die wetenschappers vertegenwoordigt die hun onderzoek uitvoeren bij Jefferson Lab. "We kunnen nu het hele arsenaal aan unieke mogelijkheden van de verbeterde CEBAF inzetten om metingen uit te voeren met precisie en nauwkeurigheid die elders in de wereld niet mogelijk zou zijn en zo nieuwe ontdekkingen doen over de krachten tussen de fundamentele bouwstenen van materie."

Met de verbeterde machine, wetenschappers zullen onderzoeken hoe quarks op elkaar inwerken, hoe ze draaien, en hoe ze zijn verdeeld in protonen en neutronen. De energetische sondes en precisiebundels van CEBAF zullen de eerste driedimensionale beelden van de structuur van protonen en neutronen mogelijk maken. En onderzoekers zijn al begonnen met baanbrekende studies van de sterke kracht, de kracht die materie aan elkaar bindt, in de nieuwste experimentele hal van het laboratorium.

Wetenschappers zullen CEBAF ook gebruiken om de grenzen van ons begrip van het standaardmodel van deeltjesfysica te verleggen, een theorie die fundamentele deeltjes en hun interacties beschrijft in termen van de sterke, zwakke en elektromagnetische krachten. CEBAF onderzoekt het standaardmodel op twee manieren:door zijn voorspellingen voor de structuur van protonen en neutronen te testen, en ook door de volledigheid te testen met zeer nauwkeurige metingen bij lage energieën, waar discrepanties handtekeningen van nieuwe vormen van materie zouden kunnen onthullen.

De uitbreiding van CEBAF's experimentele bereik tot in het hart van de materie heeft de interesse en opwinding van onderzoekers over de hele wereld gewekt. De gebruikersgemeenschap van het laboratorium is gegroeid van 1, 200 in het pre-12 GeV Upgrade-tijdperk tot meer dan 1, 500 vandaag. Zo ver, 78 experimenten zijn goedgekeurd voor gebruik met de 12 GeV-opgewaardeerde CEBAF. Van deze, vier experimenten waren al voltooid tijdens de eerste ingebruikname en opstart van de faciliteit. Het is momenteel de bedoeling dat CEBAF in december volledig operationeel zal zijn.

Het 12 GeV CEBAF Upgrade Project begon in 2004, toen de DOE erkende dat het een "missiebehoefte" op het gebied van kernfysica vervulde met de goedkeuring van Critical Decision Zero (CD-0). Dankzij deze goedkeuring van het kritieke besluitvormingsproces kon het laboratorium doorgaan met het conceptuele ontwerp, en planning van projectverwerving en -uitvoering. Projectengineering en ontwerpinspanningen begonnen in 2006, gevolgd door de afronding van de projectdefinitie in 2007, start van de bouw in 2008 en goedkeuring van de eerste operaties in 2014.

CEBAF is 's werelds krachtigste microscoop voor het bestuderen van de kern van het atoom. De CEBAF-versneller wordt gekoeld tot enkele graden van het absolute nulpunt om zijn supergeleidende componenten mogelijk te maken. Als het niet supergeleidend was, het zou drie keer zoveel stroom nodig hebben om te werken, en de prestaties zouden sterk worden verminderd. De massa van een object neemt toe naarmate de snelheid toeneemt, dus bij 12 miljard elektron-Volt (12 GeV), de elektronen in de CEBAF-bundel nemen in massa toe 23, 500 keer.