I fisici nucleari sono ora pronti a intraprendere un nuovo viaggio alla scoperta degli elementi costitutivi fondamentali del nucleo dell'atomo. Il completamento del progetto di aggiornamento a 12 GeV del Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) del Dipartimento dell'Energia annuncia questa nuova era per l'immagine dei nuclei al loro livello più profondo.
Le capacità uniche del CEBAF recentemente aggiornato spingono i confini della frontiera della precisione sempre più nel cuore della materia e consentono una gamma completa di opportunità di ricerca. Completato nei tempi e nel budget, l'aggiornamento da 338 milioni di dollari ha triplicato l'energia operativa originale del CEBAF e commissionato una nuova area sperimentale dedicata a fornire informazioni su uno dei grandi misteri dell'universo:perché i costituenti fondamentali della materia, quark, potrebbe non essere mai trovato isolato. Le tre aree sperimentali esistenti sono state anche aggiornate per consentire l'imaging 3D dei quark nei nuclei e per facilitare ricerche uniche di nuova fisica.
Il completamento del progetto segue la messa in servizio con successo delle ultime due aree sperimentali in primavera. Lo staff di Jefferson Lab ha quindi lavorato diligentemente per installare e mettere in funzione l'ultimo, singole attrezzature necessarie per le operazioni complete in ciascuna delle sue quattro sale sperimentali. Con quel lavoro completato, il laboratorio ha ricevuto una notifica ufficiale dal DOE mercoledì, 27 settembre dell'approvazione formale della Decisione Critica 4 (CD-4), Approvare il completamento del progetto e l'inizio delle operazioni.
"Le capacità avanzate dell'acceleratore e dei rivelatori CEBAF aggiornati per la ricerca di nuove particelle esotiche, deviazioni dalle simmetrie della natura, e i dettagli del comportamento dei quark all'interno dei nuclei su una scala prima inaccessibile promettono uno spartiacque davvero entusiasmante di scoperte scientifiche, " ha detto il dottor Tim Hallman, Direttore associato per la fisica nucleare presso l'Office of Science del DOE.
"Il team 12 GeV CEBAF Upgrade Project è entusiasta di raggiungere la conclusione positiva di questo complesso progetto, "ha detto Allison Lung, Chief Planning Officer di Jefferson Lab e direttore del progetto di aggiornamento CEBAF a 12 GeV. "Questo momento è il culmine della dedizione e del duro lavoro di centinaia di membri dello staff di Jefferson Lab, Utenti, e subappaltatori».
CEBAF, una struttura per gli utenti dell'Office of Science, è l'acceleratore di particelle più avanzato al mondo per lo studio della struttura dei quark del nucleo dell'atomo. Basato sulla tecnologia a radiofrequenza superconduttiva (SRF), l'acceleratore produce un flusso di elettroni carichi che gli scienziati usano per sondare il nucleo dell'atomo, i suoi protoni e neutroni, e i loro quark e gluoni. I suoi fasci di elettroni ad alta energia forniscono le sonde più pulite della materia nucleare alle più alte intensità mai raggiunte, consentendo esperimenti di precisione che una volta erano ritenuti al di fuori della nostra portata per approfondire la nostra comprensione della materia nucleare.
L'acceleratore CEBAF è stato originariamente progettato per fornire elettroni a energie di 4 miliardi di elettronvolt, o 4GeV, sebbene l'efficienza nella sua progettazione e la vasta esperienza nella gestione della struttura abbiano permesso agli operatori del Jefferson Lab di ottenere alla fine fasci di elettroni da 6 GeV nella sua configurazione originale. I 338 milioni di dollari, Il progetto di aggiornamento pluriennale CEBAF a 12 GeV ha triplicato l'energia operativa originale del CEBAF.
Il progetto ha previsto l'aggiunta di 10 nuove unità acceleratrici al CEBAF per aumentarne l'energia, la costruzione di una quarta sala sperimentale, così come un ulteriore arco di magneti e un'estensione del tunnel dell'acceleratore per fornire raggio alla sala. Inoltre, sono stati effettuati altri aggiornamenti di utilità e attrezzature, compresa un'aggiunta all'impianto di refrigerazione che consente alla tecnologia SRF di CEBAF e alle attrezzature nuove e aggiornate delle sale sperimentali esistenti di sfruttare i fasci di elettroni più energetici per gli esperimenti.
Il CEBAF può ora fornire i suoi fasci di elettroni a piena energia, fino a 12GeV, al complesso Hall D, e fasci di elettroni fino a 11 GeV nelle sue aree sperimentali originali, Sale A, B e C.
"Il tipo di ricerca che perseguiamo esplora i misteri più fondamentali, " ha detto Lung. "E il completamento dell'aggiornamento apre la strada alla ripresa del programma scientifico del Jefferson Lab sul serio, con capacità ampliate che consentiranno uno sguardo senza precedenti nel cuore della materia."
Il CEBAF recentemente aggiornato consente un programma diversificato e avvincente di esperimenti proposti dal laboratorio 1, Comunità di scienziati di 500 membri che vengono al Jefferson Lab da tutto il mondo per condurre le loro ricerche.
"Gli scienziati che si affidano alle nostre strutture per fornire le capacità di cui hanno bisogno per condurre ricerche innovative sono la ragione per cui siamo qui, " ha detto Stuart Henderson, Direttore del laboratorio Jefferson. "Jefferson Lab sta entrando in una nuova entusiasmante era di scoperte scientifiche, alimentato dall'aggiornamento a 12 GeV e dalla ricerca che consentirà, per conto dei nostri Utenti e del DOE."
"Questa è un'occasione memorabile incontrata con grande entusiasmo a seguito di approfonditi preparativi da parte della nostra intera comunità di scienziati, postdoc e dottorato di ricerca studenti, " disse Krishna Kumar, professore alla Stonybrook University e presidente del consiglio di amministrazione del Jefferson Lab Users Group, che rappresenta gli scienziati che conducono le loro ricerche al Jefferson Lab. "Ora possiamo schierare l'intero arsenale di capacità uniche del CEBAF aggiornato per eseguire misurazioni con precisione e accuratezza che non sarebbero possibili altrove nel mondo e quindi fare nuove scoperte sulle forze tra i mattoni fondamentali della materia".
Con la macchina aggiornata, gli scienziati esamineranno come interagiscono i quark, come girano, e come sono distribuiti all'interno di protoni e neutroni. Le sonde energetiche ei fasci di precisione del CEBAF consentiranno le prime viste tridimensionali della struttura di protoni e neutroni. E i ricercatori hanno già avviato studi innovativi sulla forza forte, la forza che incolla la materia insieme, nella nuovissima sala sperimentale del laboratorio.
Gli scienziati utilizzeranno anche il CEBAF per spingere i limiti della nostra comprensione del modello standard della fisica delle particelle, una teoria che descrive le particelle fondamentali e le loro interazioni in termini di forte, forze deboli ed elettromagnetiche. Il CEBAF sonda il Modello Standard in due modi:testando le sue previsioni per la struttura di protoni e neutroni, e anche testandone la completezza con misurazioni ad alta precisione a basse energie, dove le discrepanze potrebbero rivelare firme di nuove forme di materia.
L'estensione della portata sperimentale del CEBAF al cuore della materia ha attirato l'interesse e l'entusiasmo dei ricercatori di tutto il mondo. La comunità di utenti del laboratorio è cresciuta da 1, 200 nell'era di aggiornamento precedente a 12 GeV a più di 1, 500 oggi. Finora, 78 esperimenti sono stati approvati per l'esecuzione con il CEBAF aggiornato a 12 GeV. Di quelli, quattro esperimenti sono già stati completati durante la messa in servizio iniziale e l'avvio dell'impianto. Il CEBAF è attualmente programmato per iniziare la piena operatività a dicembre.
Il progetto di aggiornamento CEBAF a 12 GeV è iniziato nel 2004, quando il DOE ha riconosciuto di aver soddisfatto una "necessità di missione" nel campo della fisica nucleare con l'approvazione di Critical Decision Zero (CD-0). Questa approvazione del processo decisionale critico ha permesso al laboratorio di procedere con la progettazione concettuale, e pianificazione dell'acquisizione e dell'esecuzione del progetto. Gli sforzi di ingegneria e progettazione del progetto sono iniziati nel 2006, seguita dalla finalizzazione della definizione del progetto nel 2007, inizio dei lavori nel 2008 e approvazione delle prime operazioni nel 2014.
Il CEBAF è il microscopio più potente al mondo per lo studio del nucleo dell'atomo. L'acceleratore CEBAF viene raffreddato a pochi gradi dallo zero assoluto per abilitare i suoi componenti superconduttori. Se non fosse superconduttore, richiederebbe tre volte più potenza per funzionare, e le prestazioni sarebbero notevolmente ridotte. La massa di un oggetto aumenta all'aumentare della sua velocità, quindi a 12 miliardi di elettronVolt (12 GeV), gli elettroni nel fascio CEBAF aumentano di massa 23, 500 volte.
