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Apr 27, 2023

SLAC 국립 가속기 연구소

상상할 수 있는 미학적으로 가장 만족스럽지 못한 건물 중 하나입니다. 그린

상상할 수 있는 미학적으로 가장 만족스럽지 못한 건물 중 하나입니다. 어쩌다 제도적 베이지색으로 칠해진 이 건물은 끝없이 뻗어나가며 길고 집요하게 일직선인 창고 창고와 비슷합니다. 목가적인 반도 풍경에 나타난 이 황폐함은 바빌론의 공중정원이나 로도스의 거상의 낭만을 물씬 풍기지 않을 수도 있지만, 스탠포드의 선형 가속기는 세계의 불가사의 중 하나입니다. 우주를 이해하려는 인류의 끊임없는 탐구의 기념물입니다.

입자 가속기는 주요 대학 캠퍼스 근처 Sand Hill Road의 스탠포드 땅에 있는 426에이커 규모의 단지인 SLAC 국립 가속기 연구소의 중추입니다. SLAC가 될 것의 씨앗은 1956년 4월 10일에 심어졌습니다.볼프강"파이프"파노프스키 그의 집에서 동료 물리학자들을 초대하여 세계에서 가장 크고 가장 비싼 물리학 연구 장비인 1억 1400만 달러, 2마일 길이의 선형 전자 가속기라는 대담한 프로젝트를 제안했습니다. 공식적으로는 스탠포드 선형 가속기 센터(SLAC)라고 불렸지만 당시 스탠포드 과학자들은 애칭으로 "괴물"이라고 불렀습니다. 이는 당시 미국 정부가 지원하는 민간 과학 프로젝트 중 최대 규모였습니다.

선형 가속기는 본질적으로 양성자와 같은 아원자 표적을 향해 길고 직선적인 총신을 따라 전자 총알을 발사하는 거대한 소총입니다. 전자 총알의 속도는 클라이스트론이라고 불리는 강력한 마이크로파 기계에 의해 광속의 99.999%까지 빨라집니다. 전자가 표적과 충돌하면 거대한 자석을 사용하는 분광계가 생성된 입자 잔해를 측정합니다. 이를 통해 과학자들은 존재하는 가장 기본적인 물체와 이를 결합하고 분리하는 힘을 연구할 수 있습니다.

1962년에 각각 2마일 길이의 두 구조물에 대한 건설이 시작되었습니다. 하나는 지상에 245개의 클라이스트론을 수용하고 다른 하나는 지하에 25피트에 가속기를 수용했습니다. 지구의 곡률을 고려하여 건설 시 정밀도가 요구되었습니다(2마일에 걸쳐 20인치 수직 조정).

1966년 5월, 최초의 전자빔이 가속기를 격추시키고 목표 양성자와 충돌했습니다. 2년 후, 괴물은 오랫동안 물리학자들을 괴롭혔던 이론상의 용을 죽이는 데 사용되었습니다. 일련의 양성자 산란 실험을 통해 양성자 내부의 입자가 이전에 생각했던 것처럼 단순히 수학적 편의에 의한 것이 아니라 실제로 존재한다는 것이 입증되었습니다. 그들은 쿼크라는 단어를 따서 쿼크라 명명되었습니다.제임스 조이스 Finnegans Wake입니다. SLAC 물리학자리차드 E. 테일러그리고 그의 MIT 동료들은 쿼크에 관한 연구로 노벨상을 공동 수상했습니다.

선형 가속기의 성공을 바탕으로 과학자들은 스탠포드 양전자 가속 링(SPEAR)이라는 원형 구조를 사용하여 입자를 서로 직접 충돌시키기 시작했습니다. 전자와 반전자(일명 양전자)가 고리에서 충돌하면 새로운 입자인 매력 쿼크와 타우 렙톤이 드러났습니다. 이러한 발견은 고에너지 물리학에 혁명을 일으켰고 SLAC 과학자들에게 두 개의 노벨상을 더 안겨주었습니다.

스탠포드의 선형가속기는 우주를 이해하려는 인류의 끊임없는 탐구를 보여주는 기념비입니다.

SLAC 연구원들은 또한 새로운 최첨단 장비를 만들기 위해 기계를 창의적으로 재사용했습니다. SPEAR의 부작용이 첫 번째를 촉발했습니다. 과학자들은 고리를 돌고 있는 전자가 싱크로트론 방사선으로 알려진 강력한 X선을 방출한다는 것을 알고 있었는데, 이는 대부분 낭비적이고 위험한 성가신 것으로 간주되었습니다. 그러나 몇몇 선견지명이 있는 과학자들은 엑스레이를 사용하여 다른 기계가 수행할 수 없는 연구를 수행할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 따라서 나중에 스탠포드 싱크로트론 방사선 광원(SSRL)이라고 불리는 스탠포드 싱크로트론 방사선 프로젝트가 탄생했습니다. 세계에서 가장 강력한 X선 기계를 사용하여 과학자들은 원자 및 분자 수준에서 세계를 연구할 수 있습니다.

두 번째 용도 변경은 훨씬 더 극적이었습니다. 2008년에는 SLAC의 원래 선형 가속기가 노후화되면서 지금까지 테스트되지 않은 새로운 기술인 X선 레이저로 전환되었습니다. 과학자들은 이전과 마찬가지로 가속기의 마지막 1/3을 활용하여 전자 빔을 생성하고 혁신적인 혁신을 추가할 것을 제안했습니다. 강력한 자석을 사용하여 전자를 흔들어 X선을 생성한 다음 레이저 펄스로 형성하는 것입니다. 이를 통해 SSRL의 X선보다 100억 배 더 밝은 X선이 생성되어 연구원들이 실시간으로 매우 작은 물체와 프로세스의 이미지를 기록할 수 있습니다. 사실상, 이를 통해 과학자들은 화학과 생물학의 실제 영화를 만들 수 있게 될 것입니다.