一项具有里程碑意义的研究重新审视了美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施(CEBAF)的性能。这项历时数十年的开创性研究，由杰斐逊实验室加速器高级研究中心的知名人物杰弗里·克拉夫特牵头，详细记录了CEBAF的原始和升级后的运行参数，并对其主要系统、子系统、功能和局限性提供了深入见解。
CEBAF，即连续电子束加速器设施，自1983年8月获得国会批准初始研究资金以来，已成为探索原子核的独特机器。该加速器旨在通过加速电子束，使其与靶的质子和中子相互作用，揭示这些粒子在普通物质内部的结构和相互作用的细节。
在建设过程中，CEBAF的设计经历了根本性改变。1985年，该设施的第一任主管Hermann Grunder决定采用超导射频(SRF)技术，这种技术基于铌材料在冷却到接近绝对零度时变成超导材料的特性。SRF加速器能够使用铌SRF加速器腔来推进粒子束，热量损失的能量要少得多，且可以几乎连续地输送光束，使研究人员能够多次进行相同的实验而不会使加速器过热。
1993年12月，CEBAF完工，并于1995年开始收集核物理实验的数据。该加速器采用跑道式设计，周长为7/8英里，电子束可以穿过机器多达五次，每次通过都会获得额外的能量，然后被引导到实验大厅进行研究。
随着核物理学家对CEBAF能力的进一步利用，他们在2001年提出了升级该机器以实现新的核物理研究目标的建议。2004年，美国能源部认识到CEBAF升级的“任务需求”，并启动了耗资3.38亿美元的12 GeV CEBAF升级项目。该项目于2012年5月启动，五年后于2017年秋季完工，使CEBAF的原始设计运行能量增加三倍(从4 GeV增加到12 GeV)，并启用了一个新的实验区(实验大厅D)。
升级完成后，克拉夫特和他的同事们再次对这台机器进行了基准测试。他们发表了题为《12 GeV连续电子束加速器设施》的新论文，回顾了CEBAF的原始运行细节，提供了有关机器技术升级的信息，并对CEBAF在12 GeV下的加速器性能进行了基准测试。这篇论文成为美国能源部科学办公室用户设施的便捷参考资料，该设施是全球1650多名核物理学家的研究基地。
克拉夫特表示：“这是对12 GeV CEBAF升级项目技术成果的总结，也是该项目最终实际表现的总结。我们希望它成为在CEBAF进行测量的核物理学家的标准参考，因为它提供了新加速器及其性能特征的完整描述。”
此外，该论文还涉及未来的可能性，提到了利用机器学习改善CEBAF操作的机会、开发新的光子源，并提到了几个主要的核物理项目。论文的作者多达100多人，涵盖了所有对升级项目做出技术贡献的人员。
这项研究不仅展示了CEBAF作为世界领先粒子加速器的卓越性能，也为未来的核物理研究奠定了坚实基础。随着CEBAF的不断发展，我们期待它在揭示物质基本结构和相互作用的奥秘方面发挥更大作用。
