美國康乃爾大學基本粒子物理實驗室

美國康乃爾大學(Cornell University)物理系的基本粒子物理實驗室(Laboratory for Elementary-Particle Physics,簡稱LEPP)歷史悠久,是世界上著名的加速器物理研究中心之一,它位於紐約州中部芬格湖畔(Finger Lakes)風景優美的伊薩卡市(Ithaca)。

簡介,發展歷程,

簡介

LEPP主要從事實驗物理、理論物理以及加速器物理的研究,二十世紀八十年代增建了同步輻射光源用戶設施,其研究經費主要來源於美國國家科學基金會NSF。

發展歷程

發展歷程
1、回旋加速器
1934年,康乃爾大學利用回旋加速器開始從事實驗粒子物理研究。帶電粒子從機器中心進行離心旋轉,它由作為研究生幫助Ernest O.Lawrence在加州大學伯克利分校建造第一台這樣機器的M.Stanley Livingston建在洛克菲勒大堂內。康乃爾回旋加速器將質子加速到0.5 MeV。
二次大戰後不久,康乃爾大學的核研究實驗室和Newman實驗室相繼成立。在Wilson教授的領導下,實驗室師生在地下室建造了第一台康乃爾電子同步加速器,將電子加速到300 MeV,為康乃爾第一台粒子加速器的600倍。1949年,康乃爾核研究實驗室在世界上第一個成功地將束流儲存在同步加速器里。
2、二十世紀五十和六十年代:同步加速器時代
1952年,康乃爾大學的第八任校長Dale Corson利用300 MeV同步加速器對同步加速器功率首次進行精確測量。1953年,Paul Hartman利用300 MeV同步加速器首次對同步加速器光譜進行精確測量。1954年,康乃爾建造了世界上第一台強聚焦的1 GeV電子同步加速器,並在康乃爾300 MeV同步加速器上建造了第一條專用同步輻射光束線。
到五十年代中,在第一台康乃爾同步加速器上進行的粒子物理實驗提出一些只有用更高能量的電子束流才能解決的重要問題。幸運的是,由於新技術的發明,比較經濟地解決了這一問題。第二台電子同步加速器的峰值能量為1200 MeV,軌道半徑3.8米,六十年代初被半徑7米,能量為2200 MeV的同步加速器所取代。
1961年,Peter Joos利用1 GeV同步加速器首次對輻射極化進行測量。1965年,Maury Tigner發表第一篇提出粒子加速器中能量回收的論文。1968年,康乃爾10 GeV電子同步加速器CESR在運動場地下建造。
3、二十世紀七十年代:同步加速器體量增大
同步加速器體量的不斷增大,導致六十年代末建造了一座新的大樓 — Wilson實驗室和半英里長的地下圓形隧道,以安放1 GeV同步加速器(與採用直線加速器方法的斯坦福直線加速器中心所用的概念不同)。因為經濟原因,該機器的設計首先採用了從此世界上其他加速器拷貝的新穎建造技術。即使能量提高了,七十年代也該再次提高能量。然而,增加環尺寸的費用是昂貴的。
1975年 超導高頻技術首次用於高能圓形加速器,超導高頻腔插入10 GeV 同步加速器中。
1979年 康乃爾開始調試質心能量為10.6 GeV的正負電子對撞機 - 康乃爾電子儲存環CESR,和CLEO高能物理探測器。
1979年 在原同步加速器隧道內建康乃爾高能同步加速器源CHESS X射線裝置。
1979年 CESR和CLEO在9.4-10.4 GeV質心能量範圍內看到3個b`b夸克束縛態共振峰。
到七十年代末,從其他的實驗室大量了解到有關加速高流強粒子束流,並使它們在高能軌道中運行數小時的情況。這樣做的方法是建正負電子儲存環,這是提高Wilson實驗室研究能力最節省費用的方法。康乃爾儲存環(CESR)沿10 GeV同步加速器建在同一隧道里,1979年開始為物理實驗運行。同時成立了CLEO合作組(稱為CLEOI),初期由康乃爾大學、哈佛大學、羅徹斯特大學、Rutgers大學、Syracuse大學和Vanderbilt大學的物理學家組成。
4、二十世紀八十年代:同步加速器光源CHESS運行
1978和1980年之間,康乃爾同步加速器光源CHESS研製成功。它是作為研究X射線以使所有科學而不僅是粒子物理受益的同步加速器而建造的。1982年,CESR最後運行單束團,使單正負電子束團對撞。1983年,Raphael Littauer 教授提出麻花狀軌道,增加CESR中的束團數量,來提高亮度的想法。CESR安裝了高流強注入器,使得大量聚束的粒子運行。到1983秋,CESR中有3個正負電子束團運行.
1984年夏,CESR開始7束團/束流的運行。同年,CESR進行改進,插入了2塊四極磁鐵。通過使這2塊磁鐵彼此之間相距2米,亮度增加了4倍。還是在這一年,普渡大學的Michael Rossman博士利用CHESS研究感冒病毒。
1988年,CESR在b`b共振區處於世界領先,正負電子對撞機的亮度創了記錄,達1032s-1cm-2。CLEO 升級為CLEOII,包括桶和端蓋量能器中30 噸攙雜鉈的碘化銫。CHESS也進行了擴展,CHESS東安裝了1塊新的永久扭擺磁鐵。同年,Karl Berkelman 教授接任核研究實驗室所長。卡內基-梅隆大學、佛羅里達大學、堪薩斯大學、俄克拉荷馬大學、普渡大學和紐約州立大學奧爾巴尼分校的物理學家加入CLEO的研究。核研究實驗室僱傭員工180人,運行經費為800萬美元。
5、二十世紀九十年代:更大更好
1990年,核研究實驗室的運行經費為1400萬美元。1994年CESR進行改進,包括部分安裝了新的經典分離器和一個新的數字束流反饋系統。1994年夏開始9個束團的運行。翌年,因為CLEO安裝新的矽頂點探測器和改進環本身基本原理的束流-電流/熱-能力CHESS 的能力,Wilson實驗室的實驗計畫暫停。
6、2000年及以後:繼承傳統
2000年,Wilson實驗室安裝了CLEO III,CHESS東和CHESS西,與許多大學的合作繼續進行。2000年1月6日,Robert Wilson不幸逝世,享年85歲。他在粒子物理方面開拓性的思想在Wilson同步加速器實驗室將繼續發揚光大。
由於SLAC和KEK“B工廠”的加速器亮度已經超過了CESR,CESR決定改變物理方向,將加速器運行在3-5GeV的J/ψ能區,CESR將新的研究計畫命名為CESR-c。2003年,CESR安裝6塊超導扭擺磁鐵後,使其能量降到質心能量3.76 GeV,從而成為世界上第一個由扭擺磁鐵主導的儲存環。2004年3–5月安裝了另外6塊。
2003年,Roderick MacKinnon (洛克菲勒大學)被授予第一個利用CESR所做工作的諾貝爾獎。MacKinnon領導的研究小組研究細胞離子通道的結構和機制,1998年他完成了一項幾乎不可能的任務:在CESR用X射線晶體成像技術拍攝到了世界上第一張離子通道(蛋白質)的立體結構圖,他所使用的這種觀測方法意義極為重大。

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