斯坦福直線加速器中心成立于1962年,現(xiàn)有職工1300人,其中正在從事實驗的科學(xué)家有300人,主要從事高能粒子物理、宇宙線和天體物理、同步輻射及其應(yīng)用研究、加速器新技術(shù)的研究等。
40年來,斯坦福直線加速器中心一直從事自然界基本規(guī)律的探索,取得了許多重大發(fā)現(xiàn),揭示了許多自然界的秘密。
斯坦福直線加速器中心鳥瞰圖
1962年斯坦福直線加速器中心成立后,開始建造2英里長的直線加速器和實驗區(qū)。1966年該加速器投入運行,物理實驗開始。該中心的科學(xué)家們用加速器產(chǎn)生的電子來探索質(zhì)子和中子的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子中稱為“夸克”的新的更小的粒子。為此,物理學(xué)家Jerome Friedman, Henry Kendall和 Richard Taylor榮獲1990年諾貝爾物理獎?!?/P>
在該段時間內(nèi),斯坦福直線加速器中心最關(guān)鍵的人物是潘諾夫斯基教授,他從1961年至1984年一直擔任所長,后來應(yīng)邀擔任中國科學(xué)院的高級顧問?!?/P>
1972年建造了斯坦福正負電子非對稱環(huán)(SPEAR),從而開始了一個粒子對撞的時代。物質(zhì)與反物質(zhì)實驗開始。斯坦福正負電子加速環(huán)建于1970年,所需經(jīng)費未獲單獨撥款,由斯坦福直線加速器中心的運行費中支付。按原1963年的設(shè)計,它為一臺單環(huán)加速器,稱為斯坦福直線加速器中心正負電子對撞束儲存環(huán)。1969年,該設(shè)計進行了改進,提出建造雙環(huán)非對稱加速器,即“斯坦福正負電子非對稱環(huán)”(SPEAR)。當費用未能落實后,又回到單環(huán)方案,但首字母縮略詞SPEAR仍保存下來。修改過的單環(huán)方案一度被稱為“SPEAR 1/2”,但名稱未予保留。)
斯坦福正負電子非對稱環(huán)(SPEAR)
在該加速器上科學(xué)家們開展了許多高能物理實驗,其中兩項尤為突出。1974年,Burton Richter領(lǐng)導(dǎo)的實驗小組在SPEAR上利用復(fù)雜的探測器開展物質(zhì)與反物質(zhì)的對撞研究。當這兩種類型的粒子對撞時,它們在小的爆炸中消失。在這一過程中,Burton Richter領(lǐng)導(dǎo)的實驗小組發(fā)現(xiàn)了一種以前未知的基本粒子,稱為“ψ”的粒子,它由夸克和反夸克組成。此粒子發(fā)現(xiàn)前,僅知有三種類型的夸克,這一新夸克(稱為粲夸克)的發(fā)現(xiàn),令人信服地證明對物質(zhì)夸克亞結(jié)構(gòu)的基本想法是對的?!?nbsp;
與此同時,丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的實驗小組也在布魯克海文國家實驗室也發(fā)現(xiàn)這一粒子,稱為“J”粒子。為此,Burton Richter和丁肇中被授予1976年諾貝爾物理獎。
2英里長的直線加速器速調(diào)管大廳
1975年Martin Perl利用同一加速器做物理實驗,發(fā)現(xiàn)正負電子對撞后產(chǎn)生的稱為τ的新粒子,該粒子屬于第三代輕子。第一代輕子是1897年發(fā)現(xiàn)的電子,第二代輕子是1937年發(fā)現(xiàn)的μ。為此他榮獲1995年諾貝爾物理獎。
二十世紀八十年代,斯坦福直線加速器中心又建造了兩臺加速器,即正負電子工程(PEP)和斯坦福直線對撞機(SLC)。PEP系SPEAR加速器的邏輯延伸。SPEAR的環(huán)直徑僅80碼,所達到的能量受到局限,因此對撞中產(chǎn)生的粒子數(shù)目有限。
正負電子對撞機(PEP)
直線對撞機SLC 隧道
PEP的環(huán)相當于SPEAR的10倍,直線加速器的能量改進后,1980年正負電子對撞的數(shù)量是SPEAR的幾倍。許多科學(xué)家利用此設(shè)備對以前實驗中發(fā)現(xiàn)的粒子特征和行為進行了長達10年的詳細研究。1983年該加速器中心開始動工建造2英里長的斯坦福直線對撞機,1989年投入運行,其對撞能量比PEP更高。十年來,斯坦福直線加速器中心大型探測器(SLD)在該加速器上所做的實驗,對了解宇宙法則做出了許多重要貢獻。
斯坦福同步輻射實驗室
斯坦福同步輻射實驗室7-2光束線
現(xiàn)在SPEAR已變成了同步輻射光源。1973年斯坦福同步輻射實驗室開始利用它開展X射線成像研究。來自SPEAR的強流X射線,被用來開展多項科學(xué)應(yīng)用方面的成像實驗。以前,斯坦福直線加速器中心以SPEAR的粒子物理實驗為主,同步輻射實驗為輔。1973年以后,后者已成為斯坦福直線加速器中心工作的一個重要部分,每年吸引1600名研究人員。
1991年12月12日斯坦福直線加速器中心啟動國際網(wǎng),至此北美第一個網(wǎng)站建立,并在斯坦福直線加速器中心運行。SLAC的網(wǎng)站向物理學(xué)家們展示出網(wǎng)的潛力,粒子物理界人士可以更容易地進入非常繁忙的科學(xué)文獻數(shù)據(jù)庫,網(wǎng)絡(luò)從此傳遍整個世界。
PEP-II儲存環(huán)
PEP-II上的大型探測器BaBar
斯坦福直線加速器中心1994年起對PEP的儲存環(huán)加以改進,改進后PEP-II成為B工廠,使更多的正負電子發(fā)生對撞,產(chǎn)生B和`B粒子。該工程總造價17.7億美元,包括建造大型探測器BaBar的費用在內(nèi)。1998年投入運行,2001年BaBar實驗宣布觀測到宇稱破缺,這是一種可能決定宇宙中物質(zhì)多于反物質(zhì)的現(xiàn)象。
計劃2006年發(fā)射一臺X射線大面積空間望遠鏡
該中心計劃2006年發(fā)射一臺X射線大面積空間望遠鏡,該衛(wèi)星由包括SLAC在內(nèi)的國際合作組建造,利用其在研究粒子物理中使用的相同技術(shù)來探索宇宙的奧秘。
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