一項具有里程碑意義的研究重新審視了美國能源部托馬斯·杰斐遜國家加速器設施(CEBAF)的性能。這項歷時(shí)數十年的開(kāi)創(chuàng )性研究，由杰斐遜實(shí)驗室加速器高級研究中心的知名人物杰弗里·克拉夫特牽頭，詳細記錄了CEBAF的原始和升級后的運行參數，并對其主要系統、子系統、功能和局限性提供了深入見(jiàn)解。
CEBAF，即連續電子束加速器設施，自1983年8月獲得國會(huì )批準初始研究資金以來(lái)，已成為探索原子核的獨特機器。該加速器旨在通過(guò)加速電子束，使其與靶的質(zhì)子和中子相互作用，揭示這些粒子在普通物質(zhì)內部的結構和相互作用的細節。
在建設過(guò)程中，CEBAF的設計經(jīng)歷了根本性改變。1985年，該設施的第一任主管Hermann Grunder決定采用超導射頻(SRF)技術(shù)，這種技術(shù)基于鈮材料在冷卻到接近絕對零度時(shí)變成超導材料的特性。SRF加速器能夠使用鈮SRF加速器腔來(lái)推進(jìn)粒子束，熱量損失的能量要少得多，且可以幾乎連續地輸送光束，使研究人員能夠多次進(jìn)行相同的實(shí)驗而不會(huì )使加速器過(guò)熱。
1993年12月，CEBAF完工，并于1995年開(kāi)始收集核物理實(shí)驗的數據。該加速器采用跑道式設計，周長(cháng)為7/8英里，電子束可以穿過(guò)機器多達五次，每次通過(guò)都會(huì )獲得額外的能量，然后被引導到實(shí)驗大廳進(jìn)行研究。
隨著(zhù)核物理學(xué)家對CEBAF能力的進(jìn)一步利用，他們在2001年提出了升級該機器以實(shí)現新的核物理研究目標的建議。2004年，美國能源部認識到CEBAF升級的“任務(wù)需求”，并啟動(dòng)了耗資3.38億美元的12 GeV CEBAF升級項目。該項目于2012年5月啟動(dòng)，五年后于2017年秋季完工，使CEBAF的原始設計運行能量增加三倍(從4 GeV增加到12 GeV)，并啟用了一個(gè)新的實(shí)驗區(實(shí)驗大廳D)。
升級完成后，克拉夫特和他的同事們再次對這臺機器進(jìn)行了基準測試。他們發(fā)表了題為《12 GeV連續電子束加速器設施》的新論文，回顧了CEBAF的原始運行細節，提供了有關(guān)機器技術(shù)升級的信息，并對CEBAF在12 GeV下的加速器性能進(jìn)行了基準測試。這篇論文成為美國能源部科學(xué)辦公室用戶(hù)設施的便捷參考資料，該設施是全球1650多名核物理學(xué)家的研究基地。
克拉夫特表示：“這是對12 GeV CEBAF升級項目技術(shù)成果的總結，也是該項目最終實(shí)際表現的總結。我們希望它成為在CEBAF進(jìn)行測量的核物理學(xué)家的標準參考，因為它提供了新加速器及其性能特征的完整描述。”
此外，該論文還涉及未來(lái)的可能性，提到了利用機器學(xué)習改善CEBAF操作的機會(huì )、開(kāi)發(fā)新的光子源，并提到了幾個(gè)主要的核物理項目。論文的作者多達100多人，涵蓋了所有對升級項目做出技術(shù)貢獻的人員。
這項研究不僅展示了CEBAF作為世界領(lǐng)先粒子加速器的卓越性能，也為未來(lái)的核物理研究奠定了堅實(shí)基礎。隨著(zhù)CEBAF的不斷發(fā)展，我們期待它在揭示物質(zhì)基本結構和相互作用的奧秘方面發(fā)揮更大作用。
