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Oct 13, 2023

Laboratorio Nazionale Acceleratore SLAC

It is one of the least aesthetically pleasing buildings imaginable. Painted a

È uno degli edifici esteticamente meno gradevoli che si possano immaginare. Dipinto di un blah beige istituzionale, si estende all'infinito, somigliando a un capannone lungo e ossessivamente dritto. Questa rovina nel paesaggio bucolico della penisola potrebbe non trasudare il romanticismo dei giardini pensili di Babilonia o del Colosso di Rodi, ma l'acceleratore lineare di Stanford è una delle meraviglie del mondo: un monumento all'incessante ricerca dell'umanità per comprendere l'universo.

L'acceleratore di particelle è la spina dorsale dello SLAC National Accelerator Laboratory, un complesso di 426 acri sul terreno di Stanford, al largo di Sand Hill Road, vicino al campus universitario principale. I semi di quello che sarebbe diventato SLAC furono piantati il ​​10 aprile 1956, quando l'Università di StanfordWolfgang"Pief"Panofsky ha ospitato un gruppo di colleghi fisici a casa sua per proporre un progetto audace: lo strumento di ricerca fisica più grande e costoso del mondo: un acceleratore lineare di elettroni da 114 milioni di dollari, lungo 2 miglia. Ufficialmente chiamato Stanford Linear Accelerator Center, o SLAC, ma all'epoca chiamato affettuosamente dagli scienziati di Stanford "il Mostro", sarebbe stato il più grande progetto scientifico civile finanziato dal governo degli Stati Uniti.

Gli acceleratori lineari sono essenzialmente enormi fucili che sparano proiettili di elettroni - la cui velocità è aumentata fino al 99,999% della velocità della luce da potenti macchine a microonde chiamate klystron - lungo una canna lunga e diritta verso bersagli subatomici come i protoni. Quando gli elettroni entrano in collisione con il bersaglio, gli spettrometri che utilizzano enormi magneti misurano i detriti di particelle generati. Ciò consente agli scienziati di studiare gli oggetti più elementari esistenti e le forze che li tengono insieme e li tengono separati.

Nel 1962, iniziò la costruzione di due strutture, ciascuna lunga 2 miglia: una fuori terra che ospitava 245 klystron e una a 25 piedi sotto terra che ospitava l'acceleratore. Nella loro costruzione era richiesta precisione, tenendo conto della curvatura della Terra (una regolazione verticale di 20 pollici su 2 miglia).

Nel maggio 1966, il primo fascio di elettroni abbatté l'acceleratore e si schiantò contro un protone bersaglio. Due anni dopo, il Mostro fu utilizzato per uccidere un drago teorico che aveva a lungo irritato i fisici. Una serie di esperimenti di diffusione dei protoni hanno dimostrato che le particelle all'interno dei protoni non erano solo una comodità matematica, come si pensava in precedenza, ma esistevano effettivamente. Sono stati chiamati quark, dopo una parola inJames Joyce Finnegans Wake. Fisico dello SLACRichard E. Taylore i suoi collaboratori del MIT hanno condiviso il Premio Nobel per questa ricerca sui quark.

Basandosi sul successo dell’acceleratore lineare, gli scienziati hanno quindi iniziato a far schiantare le particelle direttamente l’una contro l’altra, utilizzando una struttura circolare chiamata Stanford Positron Electron Accelerating Ring, o SPEAR. Quando gli elettroni e gli antielettroni (ovvero i positroni) si scontrarono nell'anello, furono rivelate nuove particelle: il quark incantato e il leptone tau. Queste scoperte hanno rivoluzionato la fisica delle alte energie e hanno portato ad altri due premi Nobel per gli scienziati dello SLAC.

L'acceleratore lineare di Stanford è un monumento all'incessante ricerca dell'umanità per comprendere l'universo.

I ricercatori dello SLAC hanno anche riutilizzato in modo creativo le loro macchine per costruire nuovi strumenti all'avanguardia. Un effetto collaterale di SPEAR ha stimolato il primo. Gli scienziati sapevano che gli elettroni che circondavano l’anello emettevano potenti raggi X, noti come radiazione di sincrotrone, che molti consideravano un fastidio dispendioso e pericoloso. Ma alcuni scienziati lungimiranti si resero conto che i raggi X potevano essere utilizzati per effettuare ricerche che altre macchine non sarebbero state in grado di eseguire. Nacque così lo Stanford Synchrotron Radiation Project, in seguito chiamato Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, o SSRL. La macchina a raggi X più potente del mondo, consente agli scienziati di studiare il mondo a livello atomico e molecolare.

La seconda riconversione è stata ancora più drammatica. Nel 2008, con l'acceleratore lineare originale di SLAC ormai obsoleto, si è passati a una nuova tecnologia fino ad allora non testata: i laser a raggi X. Gli scienziati hanno proposto di utilizzare l’ultimo terzo dell’acceleratore per produrre un fascio di elettroni, come prima, e di aggiungere un’innovazione rivoluzionaria: utilizzando potenti magneti, avrebbero mosso gli elettroni, producendo raggi X che poi si trasformavano in impulsi laser. Ciò produrrebbe raggi X 10 miliardi di volte più luminosi di quelli dell’SSRL, consentendo ai ricercatori di registrare immagini di oggetti e processi estremamente piccoli, in tempo reale. In effetti, consentirebbe agli scienziati di realizzare filmati sulla chimica e sulla biologia in azione.