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Apr 27, 2023

SLAC National Accelerator Laboratory

Es ist eines der am wenigsten ästhetischen Gebäude, die man sich vorstellen kann. Gemalt a

Es ist eines der am wenigsten ästhetischen Gebäude, die man sich vorstellen kann. In einem langweiligen, institutionellen Beige gestrichen, dehnt es sich immer weiter und endlos aus und ähnelt einem langen und zwanghaft geraden Lagerschuppen. Dieser Schandfleck in der idyllischen Landschaft der Halbinsel strahlt vielleicht nicht die Romantik der Hängenden Gärten von Babylon oder des Koloss von Rhodos aus, aber der Linearbeschleuniger in Stanford ist eines der Weltwunder – ein Denkmal für die unaufhörliche Suche der Menschheit, das Universum zu verstehen.

Der Teilchenbeschleuniger ist das Rückgrat des SLAC National Accelerator Laboratory, eines 426 Hektar großen Komplexes auf dem Stanford-Gelände an der Sand Hill Road, in der Nähe des Hauptcampus der Universität. Der Grundstein für das spätere SLAC wurde am 10. April 1956 gelegt, als Stanford'sWolfgang„Pief“Panofsky empfing eine Gruppe von Physikkollegen in seinem Haus, um ein kühnes Projekt vorzuschlagen: das weltweit größte und teuerste physikalische Forschungsinstrument – ​​einen 114 Millionen US-Dollar teuren, 2 Meilen langen linearen Elektronenbeschleuniger. Offiziell als Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) bezeichnet, von Stanford-Wissenschaftlern jedoch liebevoll als „das Monster“ bezeichnet, war es zu dieser Zeit das größte von der US-Regierung finanzierte zivile Wissenschaftsprojekt.

Linearbeschleuniger sind im Wesentlichen riesige Gewehre, die Elektronengeschosse – deren Geschwindigkeit durch leistungsstarke Mikrowellenmaschinen, sogenannte Klystrons – auf bis zu 99,999 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gesteigert wird, über einen langen, geraden Lauf auf subatomare Ziele wie Protonen abfeuern. Wenn die Elektronen mit dem Ziel kollidieren, messen Spektrometer mit massiven Magneten die erzeugten Partikeltrümmer. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, die elementarsten existierenden Objekte und die Kräfte zu untersuchen, die sie zusammenhalten und voneinander trennen.

Im Jahr 1962 begann der Bau von zwei Bauwerken mit einer Länge von jeweils 2 Meilen – eines über der Erde mit 245 Klystronen und eines 25 Fuß unter der Erde mit dem Beschleuniger. Bei ihrer Konstruktion war Präzision unter Berücksichtigung der Erdkrümmung erforderlich (eine vertikale Anpassung von 20 Zoll über 2 Meilen).

Im Mai 1966 schoss der erste Elektronenstrahl den Beschleuniger hinunter und prallte gegen ein Zielproton. Zwei Jahre später wurde das Monster eingesetzt, um einen theoretischen Drachen zu töten, der die Physiker schon lange verärgert hatte. Eine Reihe von Experimenten zur Protonenstreuung bewies, dass die Teilchen in den Protonen nicht, wie bisher angenommen, nur eine mathematische Zweckmäßigkeit waren, sondern tatsächlich existierten. Sie wurden nach einem Wort in Quarks genanntJames Joyce Das ist Finnegans Wake. SLAC-PhysikerRichard E. Taylorund seine MIT-Mitarbeiter teilten sich den Nobelpreis für diese Quarkforschung.

Aufbauend auf dem Erfolg des Linearbeschleunigers begannen Wissenschaftler, Teilchen mithilfe einer kreisförmigen Struktur namens Stanford Positron Electron Accelerating Ring oder SPEAR direkt aufeinanderprallen zu lassen. Als Elektronen und Antielektronen (auch bekannt als Positronen) im Ring kollidierten, wurden neue Teilchen entdeckt: das Charmed-Quark und das Tau-Lepton. Diese Entdeckungen revolutionierten die Hochenergiephysik und führten zu zwei weiteren Nobelpreisen für SLAC-Wissenschaftler.

Der Linearbeschleuniger in Stanford ist ein Denkmal für die unaufhörliche Suche der Menschheit, das Universum zu verstehen.

SLAC-Forscher haben ihre Maschinen auch kreativ wiederverwendet, um neue hochmoderne Instrumente zu bauen. Eine Nebenwirkung von SPEAR hat den ersten Anstoß gegeben. Wissenschaftler wussten, dass die den Ring umkreisenden Elektronen starke Röntgenstrahlen, sogenannte Synchrotronstrahlung, aussendeten, die von den meisten als verschwenderisches und gefährliches Ärgernis angesehen wurden. Doch einige weitsichtige Wissenschaftler erkannten, dass die Röntgenstrahlen für Forschungszwecke genutzt werden könnten, die mit anderen Maschinen nicht möglich wären. So entstand das Stanford Synchrotron Radiation Project, später Stanford Synchrotron Radiation Lightsource oder SSRL genannt. Als leistungsstärkstes Röntgengerät der Welt ermöglicht es Wissenschaftlern, die Welt auf atomarer und molekularer Ebene zu untersuchen.

Die zweite Umnutzung war noch dramatischer. Im Jahr 2008, als der ursprüngliche Linearbeschleuniger von SLAC veraltet war, wurde auf eine neue, bisher unerprobte Technologie umgestellt: Röntgenlaser. Wissenschaftler schlugen vor, das letzte Drittel des Beschleunigers wie zuvor zur Erzeugung eines Elektronenstrahls zu nutzen und eine revolutionäre Innovation hinzuzufügen: Mit starken Magneten würden sie die Elektronen hin- und herbewegen und dabei Röntgenstrahlen erzeugen, die sich dann zu Laserpulsen formen. Dies würde Röntgenstrahlen erzeugen, die 10 Milliarden Mal heller sind als die von SSRL, und es Forschern ermöglichen, Bilder von extrem kleinen Objekten und Prozessen in Echtzeit aufzuzeichnen. Tatsächlich würde es Wissenschaftlern ermöglichen, Filme über Chemie und Biologie in Aktion zu drehen.

Viele in der Branche waren skeptisch. „Ein großer Teil, vielleicht die Hälfte, der Bevölkerung glaubte nicht, dass es funktionieren würde“, sagte Dr.Persis Drell , ehemaliger SLAC-Direktor, in einer SLAC-Dokumentation. Doch eines Nachts im Jahr 2009 wurde sie mit den Worten geweckt: „Wir haben einen Laser.“ Die Linac Coherent Light Source (LCLS) war in Betrieb und leitete eine bahnbrechende neue Phase der lichtbasierten Forschung am SLAC ein. Wissenschaftler haben die Laser von LCLS verwendet, um die molekulare Struktur von Proteinen aufzudecken, die an der Übertragung von Krankheiten beteiligt sind. Studieren Sie die extrem heiße, dichte Materie im Kern von Sternen; und Schmerzmittel der nächsten Generation entwickeln.

Seit seiner Eröffnung im Jahr 1966 ist SLAC eines der produktivsten wissenschaftlichen Projekte der Welt, das (im wahrsten Sinne des Wortes) Licht auf grundlegende Aspekte des Universums wirft. Dieser lange Lagerschuppen unter der I-280 mag zwar unansehnlich sein, aber was er zum Bereich des menschlichen Wissens beigetragen hat, ist ebenso gewaltig wie die Golden Gate Bridge.