스탠퍼드 선형 가속기 센터

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1. 개요
2. 역사
3. 주요 시설
4. 이론 물리학
5. 기타 발견 및 기여
참조

1. 개요

스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC)는 1962년 스탠퍼드 대학교 부지에 설립된 국립 가속기 연구소로, 캘리포니아주 멘로 파크에 위치해 있다. 3.2km 길이의 선형 가속기를 갖추고 있으며, 쿼크 연구, 타우 렙톤 발견 등 세 번의 노벨 물리학상 수상 연구를 배출했다. 초기 컴퓨터 혁명에도 기여했으며, 1991년에는 유럽 외 최초의 월드 와이드 웹 서버를 개발했다. 주요 시설로는 선형 가속기, 스탠퍼드 선형 충돌기(SLC), SLAC 대형 검출기(SLD), PEP & PEP-II, 스탠퍼드 싱크로트론 방사광 시설(SSRL), 페르미 감마선 우주 망원경, KIPAC, PULSE, LCLS, LCLS-II, FACET & FACET-II, NLCTA 등이 있다. 또한, 양자장론, 충돌기 물리학 등 이론 물리학 연구도 수행하며, 클라이스트론 개발, 플라즈마 가속 연구에도 기여했다.

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스탠퍼드 선형 가속기 센터 - [연구소]에 관한 문서
SLAC 국립 가속기 연구소
이전 선형 가속기의 항공 사진
기본 로고
기본 정보
설립일	1962년
유형	물리 과학
예산 (2017년)	3억 8,300만 달러
연구 분야	가속기 물리학, 광자 과학
소장	존 L. 사라오
직원 수	1,684명
캠퍼스 면적	426 에이커 (1.72 km²)
위치	미국캘리포니아주멘로 파크
주소	2575 Sand Hill Rd., Menlo Park, CA 94025
좌표	37° 25′ 03″ N, 122° 12′ 09″ W
별칭	SLAC
소속	미국 에너지부, 스탠퍼드 대학교
노벨상 수상자	버턴 리히터 리처드 E. 테일러 마틴 L. 펄
웹사이트	slac.stanford.edu
운영 기관	스탠퍼드 대학교
스탠퍼드 선형 가속기
유형	선형 입자 가속기
빔	전자
목표	고정 표적
에너지	50 GeV
길이	3.2 km
위치	멘로 파크, 캘리포니아
기관	스탠퍼드 대학교, 미국 에너지부
기간	1966–2006
이전	없음
이후	LCLS
기타 정보
개명	2008년 SLAC 국립 가속기 연구소로 개명

2. 역사

1962년 스탠퍼드 선형 가속기 센터(Stanford Linear Accelerator Center)로 설립된 이 시설은 스탠퍼드 대학교 소유의 426acre 부지에 위치해 있으며, 캘리포니아주 멘로 파크의 샌드 힐 로드에 위치하고 있고, 대학교 본부 캠퍼스에서 바로 서쪽에 있다. 주 가속기는 길이가 약 3.22km로, 세계에서 가장 긴 선형 가속기이며, 1966년부터 가동되었다.

thumb을 배출했다.]]

SLAC에서의 연구는 다음 세 개의 노벨 물리학상을 배출했다.

1976년: 참 쿼크; J/ψ 중간자 참조^[4]
1990년: 양성자와 중성자 내부의 쿼크 구조^[5]
1995년: 타우 렙톤^[6]

SLAC의 회의 시설은 1970년대 후반과 1980년대 초 홈브루 컴퓨터 클럽 등 홈 컴퓨터 혁명의 선구자들에게 장소를 제공했다.

1984년, 이 연구소는 ASME 국립 역사 공학 랜드마크와 IEEE 마일스톤으로 지정되었다.^[7]

SLAC는 1991년 12월에 유럽 외에서 최초의 월드 와이드 웹 서버를 개발하여 운영하기 시작했다.^[8]

1990년대 초중반에 스탠퍼드 선형 콜라이더(SLC)는 스탠퍼드 대형 검출기를 사용하여 Z 보존의 속성을 연구했다.

2005년 기준으로 SLAC는 1,000명 이상의 직원을 고용했으며, 그중 약 150명이 박사 학위를 가진 물리학자였고, 매년 3,000명 이상의 방문 연구원을 지원했다. 또한, 고에너지 물리학을 위한 입자 가속기와 싱크로트론 광 방사선 연구를 위한 스탠퍼드 싱크로트론 방사선 연구소(SSRL)를 운영했으며, 이는 2006년 스탠퍼드 교수 로저 D. 콘버그에게 수여된 노벨 화학상 연구에 "필수적"이었다.^[9]

2008년 10월, 미국 에너지부는 센터의 이름을 SLAC 국립 가속기 연구소(SLAC National Accelerator Laboratory)로 변경한다고 발표했다. 그 이유는 연구소의 새로운 방향을 더 잘 나타내고 연구소 이름을 상표로 등록할 수 있게 하기 위해서였다. 스탠퍼드 대학교는 "스탠퍼드 선형 가속기 센터"를 상표로 등록하려는 미국 에너지부의 시도에 법적으로 반대했었다.^[2]^[10]

2009년 3월, SLAC 국립 가속기 연구소가 미국 에너지부 과학국(Department of Energy's Office of Science)에서 배분할 복구법 자금으로 6830만달러를 받게 되었다고 발표했다.^[11]

2016년 10월, SLAC와 스탠퍼드 대학교의 협력으로 "더 좋고 친환경적인 전력망"을 설계하기 위해 Bits and Watts가 시작되었다. SLAC는 나중에 국영 중국 전력 회사의 산업 파트너에 대한 우려로 철수했다.^[12]

2024년 4월, SLAC는 칠레에 있는 베라 C. 루빈 천문대의 Legacy Survey of Space and Time(LSST) 프로젝트를 위해 세계 최대 규모의 디지털 카메라를 제작하는 20년 간의 작업을 완료했다. 이 카메라는 2025년에 가동될 예정이다.^[13]

3. 주요 시설

SLAC는 1962년 설립되었으며, 스탠퍼드 대학교가 멘로 파크의 샌드 힐 로드에 소유한 168ha 부지에 위치해 있다. 주요 연구 시설은 다음과 같다.

시설명	설명
선형 가속기 (Linac)	전자와 양전자를 최대 50GeV까지 가속하는 3.2km 길이의 RF 선형 가속기이다. 2017년까지 세계에서 가장 긴 선형 가속기였다.
스탠퍼드 선형 충돌기 (SLC)	전자와 양전자를 충돌시켜 Z 보손을 연구했던 실험 시설이다. SLAC 대형 검출기를 통해 Z 보손-b 쿼크 결합의 패리티 위반과 같은 독특한 측정이 가능했다.
PEP & PEP-II	1980년에 가동을 시작한 PEP는 질량 중심 에너지 29 GeV까지 도달했다. 이후 PEP-II는 BaBar 실험을 통해 전하-짝 대칭성을 연구했다.
스탠퍼드 싱크로트론 방사광 시설 (SSRL)	싱크로트론 방사광을 활용하여 재료 과학 및 생물학 분야에서 분자 구조를 연구하는 시설이다. J/ψ 중간자 발견에도 사용되었다.
페르미 감마선 우주 망원경	활동 은하핵, 펄서, 초신성 잔해에서 입자 가속 메커니즘을 이해하고, 암흑 물질과 기본 물리학을 탐구하는 데 사용된다.
KIPAC (카블리 입자 천체 물리학 및 우주론 연구소)	스탠퍼드 대학교와 협력하여 천체 물리학 및 우주론을 연구하는 연구소이다.
PULSE (스탠퍼드 PULSE 연구소)	LCLS에서 초고속 X선 연구를 개발하기 위해 설립된 연구소이다.
LCLS (Linac Coherent Light Source)	기존 싱크로트론 광원보다 10⁹배 밝은 경 X선을 생성하는 자유 전자 레이저 시설이다.
LCLS-II	LCLS를 업그레이드하여 두 개의 새로운 X선 레이저 빔을 추가하는 프로젝트이다.
FACET & FACET-II	빔 구동 플라즈마 가속 연구를 위한 시설이다.
NLCTA (차세대 선형 충돌기 시험 가속기)	첨단 빔 조작 및 가속 기술 실험에 사용되는 60-120 MeV의 고휘도 전자빔 선형 가속기이다.

SLAC에서의 연구는 세 차례의 노벨 물리학상 수상으로 이어졌다.

1976년: 참 쿼크 (J/psi 중간자)^[35]
1990년: 양성자 및 중성자 내부의 쿼크 구조^[36]
1995년: 타우 입자^[37]

3. 1. 선형 가속기 (Linac)

주 가속기는 전자와 양전자를 최대 50GeV까지 가속하는 RF 선형 가속기였다. 3.2km 길이의 이 입자 가속기는 유럽 엑스선 자유 전자 레이저가 개통된 2017년까지 세계에서 가장 긴 선형 가속기였으며, "세계에서 가장 직선인 물체"라고 주장되었다.^[14] 주 가속기는 지하 약 9.14m 아래에 묻혀 있으며^[15] 주간 고속도로 280 아래를 통과한다. 빔라인 위에 있는 지상 클라이스트론 갤러리는 1999년 LIGO 프로젝트의 두 개 간섭계가 완성될 때까지 미국에서 가장 긴 건물이었다. 공중에서 쉽게 식별할 수 있으며 항공 차트에서 시각적 경유지로 표시된다.^[16]

원래 선형 가속기의 일부는 현재 리니어 코히어런트 광원의 일부이다.

3. 2. 스탠퍼드 선형 충돌기 (SLC)

스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC)에 있던 선형 가속기인 스탠퍼드 선형 충돌기(SLC)는 전자와 양전자를 충돌시키는 실험을 수행했다.^[17] 이 충돌기의 질량 중심 에너지는 약 90 GeV로, Z 보손의 질량과 같아 Z 보손 연구에 적합하게 설계되었다.

1989년 4월 12일, 대학원생 배럿 D. 밀리켄은 Mark II 검출기의 데이터를 분석하던 중 최초의 Z 사건을 발견했다.^[18] 1991년부터는 SLAC 대형 검출기가 가동되어 대부분의 데이터를 수집했다. 비록 1989년에 가동을 시작한 CERN의 대형 전자-양전자 충돌기에 비해 성과가 가려지기도 했지만, SLC의 고도로 편광된 전자 빔(약 80%^[19])은 Z 보손-b 쿼크 결합의 패리티 위반과 같은 독특한 측정을 가능하게 했다.^[20]

3. 3. SLAC 대형 검출기 (SLD)

SLAC 대형 검출기(SLD)는 SLAC의 선형 가속기(SLC)의 주요 검출기였다. 이 검출기는 주로 가속기의 전자-양전자 충돌로 생성된 Z 보손을 검출하도록 설계되었다. SLD는 1992년부터 1998년까지 가동되었다.^[21]

3. 4. PEP & PEP-II

PEP (양전자-전자 프로젝트)는 1980년에 가동을 시작하여 질량 중심 에너지 29 GeV까지 도달했다. PEP는 전성기 때 5개의 대형 입자 검출기와 6번째 소형 검출기를 운영했으며, 약 300명의 연구자가 참여했다. PEP는 1990년에 가동을 중단했고, 1994년에 PEP-II 건설이 시작되었다.

1999년부터 2008년까지 선형 가속기의 주요 목적은 둘레가 2.2km인 전자-양전자 충돌기인 PEP-II 가속기에 전자와 양전자를 주입하는 것이었다. PEP-II는 전하-짝 대칭성을 연구하는 소위 B-공장 실험 중 하나인 BaBar 실험의 장소였다.

3. 5. 스탠퍼드 싱크로트론 방사광 시설 (SSRL)

스탠퍼드 싱크로트론 방사광 시설(Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SSRL)은 SLAC 캠퍼스에 있는 싱크로트론 방사광 사용자 시설이다. 원래는 입자 물리학 연구를 위해 건설되었고, J/ψ 중간자 발견에 사용되기도 했다. 현재는 저장된 전자 빔에서 방출되는 고강도 싱크로트론 방사광을 활용하여 재료 과학 및 생물학 분야에서 분자 구조를 연구하는 데 주로 사용된다. 1990년대 초, SSRL의 저장 링을 위한 독립적인 전자 주입기가 건설되어 주 선형 가속기와 독립적으로 작동할 수 있게 되었다.

3. 6. 페르미 감마선 우주 망원경

SLAC는 2008년 8월에 발사된 페르미 감마선 우주 망원경의 임무와 운영에 주요 역할을 담당하고 있다. 이 임무의 주요 과학적 목표는 다음과 같다.

활동 은하핵, 펄서, 초신성 잔해에서 입자 가속 메커니즘을 이해하는 것이다.
미확인된 전원 및 확산 방출과 같은 감마선 하늘을 해결하는 것이다.
감마선 폭발 및 과도 현상의 고에너지 거동을 결정하는 것이다.
암흑 물질과 기본 물리학을 탐구하는 것이다.

3. 7. KIPAC (카블리 입자 천체 물리학 및 우주론 연구소)

입자 천체 물리학 및 우주론 카블리 연구소(KIPAC)는 스탠퍼드 대학교 본교 캠퍼스 외에도 SLAC 부지에 일부 시설을 두고 있다.^[1] 카블리 재단의 카블리 소립자 우주론 연구소(KIPAC)는 스탠퍼드 메인 캠퍼스 외에 일부가 SLAC 내에 위치하고 있다.^[1]

3. 8. PULSE (스탠퍼드 PULSE 연구소)

스탠퍼드 PULSE 연구소(PULSE)는 (SLAC)의 중앙 연구소에 위치한 스탠퍼드 대학교 독립 연구소이다. PULSE는 2005년 스탠퍼드 대학교가 스탠퍼드 교수진과 SLAC 과학자들이 LCLS에서 초고속 X선 연구를 개발하도록 돕기 위해 설립되었다. PULSE 연구 출판물은 [https://scholar.google.com/citations?sortby=pubdate&hl=en&user=cJvCrvsAAAAJ&view_op=list_works 여기]에서 볼 수 있다.

3. 9. LCLS (Linac Coherent Light Source)

SLAC 국립 가속기 연구소(SLAC)에 위치한 자유 전자 레이저 시설이다. LCLS는 SLAC의 원래 선형 가속기의 마지막 1/3을 재구성한 시설이며, 다양한 분야의 연구를 위해 매우 강력한 X선 방사선을 제공할 수 있다. 2009년 4월에 첫 번째 레이저 발진에 성공했다.^[51]

이 레이저는 기존 싱크로트론 광원보다 10⁹배 밝은 경 X선을 생성하며, 세계에서 가장 강력한 X선 광원이다. LCLS는 다양한 새로운 실험을 가능하게 하고 기존 실험 방법을 개선한다. X선은 종종 원자 수준에서 물체의 "스냅샷"을 찍는 데 사용되며, 샘플을 파괴하기 전에 촬영한다. 레이저의 파장은 0.13nm ~ 6.2nm (200eV ~ 9500전자볼트(eV))^[52]^[53] 범위로, 원자 폭과 유사하여 이전에는 얻을 수 없었던 매우 상세한 정보를 제공한다.^[54] 또한, 레이저는 펨토초, 즉 100만 분의 10억 분의 1초 단위로 측정되는 "셔터 속도"로 이미지를 캡처할 수 있는데, 이는 빔의 강도가 펨토초 단위로 샘플이 폭발할 만큼 충분히 높기 때문이다.^[55]^[52]

3. 10. LCLS-II

LCLS-II 프로젝트는 LCLS를 대폭 업그레이드하는 것으로, 두 개의 새로운 X선 레이저 빔을 추가한다. 이 시스템은 기존 터널의 500m를 활용하여 4 GeV의 새로운 초전도 가속기와 LCLS의 사용 가능한 에너지 범위를 증가시킬 두 개의 새로운 언듈레이터 세트를 추가한다. 이러한 새로운 기능을 통해 신약 개발, 차세대 컴퓨터 및 신소재 개발 등에서 획기적인 발전이 이루어질 수 있다.^[28]

3. 11. FACET & FACET-II

2012년, 원래 SLAC 선형 가속기(SLAC LINAC)의 처음 2/3(약 2km)가 새로운 사용자 시설인 첨단 가속기 실험 테스트 시설(FACET)을 위해 재가동되었다. 이 시설은 짧은 묶음 길이와 작은 스폿 크기를 가진 20 GeV, 3 nC 전자(및 양전자) 빔을 제공할 수 있었으며, 빔 구동 플라즈마 가속 연구에 이상적이었다.^[29] 이 시설은 SLAC 선형 가속기의 첫 번째 1/3을 차지할 LCLS-II의 건설로 인해 2016년에 운영을 종료했다. FACET-II 프로젝트는 2019년에 빔 구동 플라즈마 가속 연구를 계속하기 위해 선형 가속기의 중간 1/3에 전자 및 양전자 빔을 다시 구축할 예정이었다.^[29]

3. 12. NLCTA (차세대 선형 충돌기 시험 가속기)

차세대 선형 충돌기 시험 가속기(NLCTA)는 60-120 MeV의 고휘도 전자빔 선형 가속기로, 첨단 빔 조작 및 가속 기술 실험에 사용된다. SLAC의 B 종착역에 위치해 있다. 관련 연구 간행물 목록은 여기에서 볼 수 있다.

4. 이론 물리학

SLAC은 양자장론, 충돌기 물리학, 우주 입자 물리학, 입자 현상론 등 기본 입자 물리학 분야에서 이론 연구를 수행한다.^[35]

5. 기타 발견 및 기여

SLAC는 고출력 마이크로파 증폭 튜브인 클라이스트론 개발에 기여했다.
플라즈마 가속에 대한 활발한 연구가 진행 중이며, 최근에는 1미터 규모의 가속기에서 42 GeV 전자의 에너지를 두 배로 증폭하는 데 성공했다.
SLAC 부지에서 고대해우(Paleoparadoxia)가 발견되었으며, 그 골격은 브리즈웨이에 있는 작은 박물관에서 볼 수 있다.^[30]
SSRL 시설은 아르키메데스 팔림세스트의 숨겨진 텍스트를 밝히는 데 사용되었다. 싱크로트론 방사광의 X선은 원래 잉크 속의 철을 빛나게 하여 연구자들이 기독교 수도사가 지운 원래 문서를 사진으로 촬영할 수 있게 했다.^[31]

참조

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_[27] 뉴스 X-raying life's microscopic machinery / New laser technique promises to make the subcellular visible https://web.archive.[...] Science News
_[28] 뉴스 LCLS-II Upgrade to Enable Pioneering Research in Many Fields https://web.archive.[...] 2015-07-08
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_[47] 학회발표 The SLAC Linear Collider and a few ideas on Future Linear Colliders http://accelconf.web[...]
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