Los físicos nucleares están ahora preparados para embarcarse en un nuevo viaje de descubrimiento de los bloques de construcción fundamentales del núcleo del átomo. La finalización del Proyecto de Actualización de 12 GeV de la Instalación del Acelerador de Haz de Electrones Continuos (CEBAF) en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía (Laboratorio Jefferson) presagia esta nueva era para obtener imágenes de los núcleos en su nivel más profundo.

Las capacidades únicas del CEBAF recientemente actualizado empujan los límites de la frontera de la precisión cada vez más profundamente en el corazón de la materia y permiten una gama completa de oportunidades de investigación. Completado a tiempo y dentro del presupuesto, la actualización de $ 338 millones ha triplicado la energía operativa original de CEBAF y ha encargado una nueva área experimental dedicada a proporcionar información sobre uno de los grandes misterios del universo:por qué los constituyentes fundamentales de la materia, quarks, puede que nunca se encuentren de forma aislada. Las tres áreas experimentales existentes también se actualizaron para permitir la obtención de imágenes en 3D de los quarks en los núcleos y para facilitar búsquedas únicas de nueva física.

La finalización del proyecto sigue a la exitosa puesta en servicio de las dos últimas áreas experimentales en la primavera. Luego, el personal de Jefferson Lab trabajó diligentemente para instalar y poner en marcha el último, equipos individuales necesarios para las operaciones completas en cada una de sus cuatro salas experimentales. Con ese trabajo terminado, el laboratorio recibió una notificación oficial del DOE el miércoles, 27 de septiembre de la aprobación formal de la Decisión Crítica 4 (CD-4), Aprobar la finalización del proyecto y el inicio de operaciones.

"Las capacidades avanzadas del acelerador y los detectores CEBAF actualizados para buscar nuevas partículas exóticas, desviaciones de las simetrías de la naturaleza, y los detalles del comportamiento de los quarks dentro de los núcleos a una escala previamente inaccesible prometen una vertiente verdaderamente emocionante de descubrimiento científico, "dijo el Dr. Tim Hallman, Director adjunto de Física Nuclear en la Oficina de Ciencias del DOE.

"El equipo del proyecto de actualización de CEBAF de 12 GeV está encantado de llegar a la conclusión exitosa de este complejo proyecto, "dijo Allison Lung, Director de Planeación de Jefferson Lab y Director del Proyecto de Actualización CEBAF de 12 GeV. "Este momento es la culminación de la dedicación y el arduo trabajo de cientos de miembros del personal de Jefferson Lab, Usuarios y subcontratistas ".

CEBAF, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias, es el acelerador de partículas más avanzado del mundo para investigar la estructura de quarks del núcleo del átomo. Basado en tecnología de radiofrecuencia superconductora (SRF), el acelerador produce una corriente de electrones cargados que los científicos utilizan para sondear el núcleo del átomo, sus protones y neutrones, y sus quarks y gluones. Sus haces de electrones de mayor energía proporcionan las sondas más limpias de materia nuclear a las intensidades más altas jamás alcanzadas. permitiendo experimentos de precisión que alguna vez se creyeron fuera de nuestro alcance para profundizar nuestra comprensión de la materia nuclear.

El acelerador CEBAF fue diseñado originalmente para proporcionar electrones a energías de 4 mil millones de electrón-voltios, o 4 GeV, aunque las eficiencias en su diseño y la amplia experiencia en el funcionamiento de la instalación permitieron a los operadores de Jefferson Lab lograr finalmente haces de electrones de 6 GeV en su configuración original. Los $ 338 millones, El proyecto de actualización de CEBAF de 12 GeV de varios años triplicó la energía operativa original de CEBAF.

El proyecto implicó la incorporación de 10 nuevas unidades de aceleración al CEBAF para aumentar su energía, la construcción de una cuarta sala experimental, así como un arco adicional de imanes y una extensión del túnel del acelerador para entregar haz a la sala. Además, se realizaron otras actualizaciones de servicios y equipos, incluida una adición a la planta de refrigeración que permite que la tecnología SRF de CEBAF y los equipos nuevos y mejorados de las salas experimentales existentes aprovechen los haces de electrones más energéticos para los experimentos.

CEBAF ahora puede entregar sus haces de electrones de energía completa, hasta 12 GeV, al complejo Hall D, y haces de electrones de hasta 11 GeV en sus áreas experimentales originales, Pabellones A, B y C.

"El tipo de investigación que llevamos a cabo explora los misterios más fundamentales, ", dijo Lung." Y completar la actualización allana el camino para la reanudación del programa científico de Jefferson Lab en serio, con capacidades ampliadas que permitirán una visión sin precedentes del corazón de la materia ".

El CEBAF recientemente actualizado permite un programa diverso y convincente de experimentos propuestos por el laboratorio 1, Comunidad de 500 miembros de científicos que vienen a Jefferson Lab de todo el mundo para realizar sus investigaciones.

"Los científicos que confían en nuestras instalaciones para proporcionar las capacidades que necesitan para llevar a cabo investigaciones innovadoras son la razón por la que estamos aquí, "dijo Stuart Henderson, Director del laboratorio de Jefferson. "Jefferson Lab está entrando en una nueva y emocionante era de descubrimientos científicos, impulsado por la actualización de 12 GeV y la investigación que permitirá, en nombre de nuestros Usuarios y el DOE ".

"Esta es una ocasión trascendental recibida con gran entusiasmo luego de los extensos preparativos de toda nuestra comunidad de científicos, postdoctorados y Ph.D. estudiantes, "dijo Krishna Kumar, profesor de la Universidad de Stonybrook y presidente de la junta directiva del Jefferson Lab Users Group, que representa a los científicos que realizan sus investigaciones en Jefferson Lab. "Ahora podemos desplegar todo el arsenal de capacidades únicas del CEBAF actualizado para realizar mediciones con precisión y exactitud que no serían posibles en otras partes del mundo y así hacer nuevos descubrimientos sobre las fuerzas entre los bloques de construcción fundamentales de la materia".

Con la máquina mejorada, los científicos investigarán cómo interactúan los quarks, como giran, y cómo se distribuyen dentro de los protones y neutrones. Las sondas energéticas y los haces de precisión de CEBAF permitirán las primeras vistas tridimensionales de la estructura de protones y neutrones. Y los investigadores ya han iniciado estudios innovadores sobre la fuerza fuerte, la fuerza que une la materia, en la sala experimental más nueva del laboratorio.

Los científicos también utilizarán CEBAF para ampliar los límites de nuestra comprensión del Modelo Estándar de Física de Partículas, una teoría que describe las partículas fundamentales y sus interacciones en términos de los fuertes, Fuerzas débiles y electromagnéticas. CEBAF prueba el modelo estándar de dos maneras:probando sus predicciones para la estructura de protones y neutrones, y también probando su integridad con mediciones de alta precisión a bajas energías, donde las discrepancias podrían revelar firmas de nuevas formas de materia.

La extensión del alcance experimental del CEBAF al corazón de la materia ha atraído el interés y ha despertado el entusiasmo de los investigadores de todo el mundo. La comunidad de usuarios del laboratorio ha pasado de 1, 200 en la era de actualización anterior a 12 GeV a más de 1, 500 hoy. Hasta ahora, Se han aprobado 78 experimentos para su ejecución con el CEBAF actualizado de 12 GeV. De aquellos, ya se completaron cuatro experimentos durante la puesta en servicio inicial de la instalación y su puesta en marcha. Actualmente, el CEBAF está programado para comenzar a operar plenamente en diciembre.

El proyecto de actualización de 12 GeV CEBAF comenzó en 2004, cuando el DOE reconoció que cumplió con una "necesidad de misión" en el campo de la física nuclear con la aprobación de la Decisión Cero Crítica (CD-0). Esta aprobación crítica del proceso de decisión permitió al laboratorio continuar con el diseño conceptual, y planificación de la adquisición y ejecución de proyectos. Los esfuerzos de ingeniería y diseño del proyecto comenzaron en 2006, seguido de la finalización de la definición del proyecto en 2007, inicio de construcción en 2008 y aprobación de operaciones iniciales en 2014.

CEBAF es el microscopio más poderoso del mundo para estudiar el núcleo del átomo. El acelerador CEBAF se enfría a unos pocos grados de cero absoluto para habilitar sus componentes superconductores. Si no fuera superconductor, requeriría tres veces más potencia para funcionar, y el rendimiento se reduciría considerablemente. La masa de un objeto aumenta a medida que aumenta su velocidad, así que a 12 mil millones de electronvoltios (12 GeV), los electrones en el haz de CEBAF aumentan en masa 23, 500 veces.