Основным исследовательским объектом лаборатории является ускоритель CEBAF, состоящий из источника поляризованных электронов и инжектора и пары сверхпроводящих ВЧ-линейных ускорителей длиной 7/8 мили (1400 м). Концы двух линейных ускорителей соединены между собой двумя дуговыми секциями с магнитами, которые изгибают пучок электронов в дуге. Таким образом, путь пучка представляет собой гоночный овал. (Большинство ускорителей, таких как CERN или Fermilab, имеют круговую траекторию со многими короткими камерами, чтобы ускорить распространение электронов по кругу). Поскольку электронный пучок составляет до пяти последовательных орбит, его энергия увеличивается до максимума 6 ГэВ. По сути, CEBAF - это линейный ускоритель (LINAC), подобный SLAC в Стэнфорде, который был сложен до десятой части своей нормальной длины. Он действует так, как если бы это был линейный ускоритель длиной 7,8 мили.
Конструкция CEBAF позволяет электронному пучку быть непрерывным, а не импульсным, как в ускорителях кольцевой формы. (Существует некоторая структура пучка, но импульсы намного короче и ближе друг к другу). Пучок электронов направлен на три потенциальные мишени (см. ниже). Одной из отличительных особенностей JLab является непрерывная природа электронного пучка с длиной пучка менее 1 пикосекунды. Другой особенностью JLab является использование в ней сверхпроводящей ВЧ-технологии (SRF), в которой жидкий гелий используется для охлаждения ниобия примерно до 4 К (-452,5°F), что устраняет электрическое сопротивление и позволяет наиболее эффективно передавать энергию электрону. Для достижения этой цели JLab использует самый большой в мире холодильник с жидким гелием и является одним из первых крупномасштабных внедрений технологии SRF. Ускоритель построен на глубине 8 метров, или примерно 25 футов, под земной поверхностью, а толщина стенок туннелей ускорителя составляет 2 фута.
Пучок заканчивается в трех экспериментальных залах, называемых залами А, В и С. Каждый зал содержит уникальный спектрометр для регистрации результатов столкновений между электронным пучком и неподвижной мишенью. Это позволяет физикам изучать структуру атомного ядра, а именно взаимодействие кварков, составляющих протоны и нейтроны ядра.
Поведение частиц
Каждый раз при обходе петли луч проходит через каждый из двух ускорителей LINAC, но через разный набор изгибающих магнитов. (Каждый комплект предназначен для работы с разной скоростью луча.) Электроны составляют до пяти прохождений через ускорители LINAC.
Событие столкновения
Когда на ядро в мишени попадает электрон из луча, происходит "взаимодействие", или "событие", рассеивающее частицы в зал. Каждый зал содержит массив детекторов частиц, которые отслеживают физические свойства частиц, вызванных этим событием. Детекторы генерируют электрические импульсы, которые преобразуются в цифровые величины аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), временем в цифровые преобразователи (ЦП) и счетчиками импульсов (сканерами).
Эти цифровые данные должны быть собраны и сохранены таким образом, чтобы физик мог впоследствии проанализировать данные и реконструировать физику, которая произошла. Система электроники и компьютеров, выполняющих эту задачу, называется системой сбора данных.
12 Модернизация GeV
По состоянию на июнь 2010 года началось строительство дополнительной конечной станции, зала D, на противоположном конце ускорителя из трех других залов, а также модернизация, которая удваивает энергию луча до 12 ГэВ. Одновременно ведется строительство дополнительной испытательной лаборатории (в которой производятся полости SRF, используемые в CEBAF и других ускорителях, используемых во всем мире).
