劳伦斯伯克利国家实验室

劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL或LBL），美国最杰出的国家实验室之一，位于旧金山湾区东北部、美国著名学府加利福尼亚大学伯克利分校后山（Berkeley Hills）。劳伦斯实验室隶属美国能源部，具体由加州大学负责运行；实验室前身是“加州大学辐射实验室”，而后为了纪念伯克利著名实验物理学家欧内斯特·劳伦斯（Ernest O. Lawrence, 1939年物理诺贝尔奖得主）而更名为劳伦斯伯克利国家实验室。

劳伦斯伯克利国家实验室的研究领域包括物理学、生命科学、化学等基础科学，还包括能源效率、回旋加速器、先进材料、粒子加速器、检测器，工程学、计算机科学等，在材料研究方面主要是纳米材料、磁性材料、薄膜材料、超导材料等。

在科学界，LBNL相当于“卓越”（Excellence）的同义词。截止2015年，与劳伦斯实验室相关的13个科学家及组织获得诺贝尔奖、70位科学家是美国国家科学院（NAS）的院士（院士在美国是科学家最高的荣誉之一）、13 位科学家获得了科研领域国家最高终身成就奖—美国国家科学奖章、18位工程师当选为美国国家工程院院士、3位科学家被选入医学研究所等等。此外，LBNL培养了数千名大学理科和工程专业的学生，他们推动着全美国和世界各地的技术革新。该实验室为美国第一颗原子弹及氢弹的研制提供了最原始最基本的实验以及机械支持。劳伦斯实验室对帮助判断什么是二战的三个最有价值的技术开发项目（原子弹，低空爆炸信管和雷达）作出了贡献。

简介

劳伦斯伯克利国家实验室位于美国加利福尼亚大学伯克利分校，占地81公顷，毗邻旧金山湾；它隶属于美国能源部，由伯克利代管。

劳伦斯伯克利实验室是1939年诺贝尔物理学奖得主欧内斯特·劳伦斯教授于1931年建立的；最初，欧内斯特·劳伦斯在加州大学伯克利分校的校园获得一个废弃实验室，用来安放他的第一台回旋加速器。8月26日，加州大学辐射实验室（Radiation Laboratory of the University of California）正式创建，该实验室成为回旋加速器先驱者的大本营。早期关注于高能物理领域的研究，建起了第一批电子直线加速器，发现了一系列超重元素，开辟了放射性同位素、重离子科学等研究方向，成为美国乃至世界核物理学的圣地。它是美国一系列著名实验室：劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）、洛斯·阿拉莫斯国家试验室（LANL）、布鲁克海文国家实验室（BNL）等国家实验室的先驱，也是世界上成百所加速器实验室的楷模。

劳伦斯伯克利国家实验室现在研究的领域非常宽泛，下设18个研究所和研究中心，涵盖了高能物理、地球科学、环境科学、计算机科学、能源科学、材料科学等多个学科。劳伦斯伯克利实验室建立以来，共培养了包括5位诺贝尔物理学奖得主和4位诺贝尔化学奖得主在内的13名诺贝尔奖得主（及机构）。劳伦斯伯克利国家实验室现有3800名雇员，其中相当一部分是伯克利分校的老师和学生，2004年的财政预算超过5亿美元。特别值得提出的是，2004-2008年的主任是美国原能源部部长朱棣文先生，他是极少数担任美国国家学术机构领导的华人之一。研究领域包括生命科学，化学，物理学，能源效率，回旋加速器，先进材料，加速器、检测器，工程、数学、计算机科学等，在材料研究方面主要是纳米材料、磁性材料、薄膜材料、超导材料等。

成就

几十年的成就：

¨发明了回旋加速器－欧内斯特·劳伦斯（E.O.Lawrence）获得1939年诺贝尔物理奖的圆形加速器；

¨发现了锝－成为医学中最广泛应用锝放射性同位素的第一个人造元素；

¨建造了60英寸锝回旋加速器－诞生了克罗克辐射实验室和核医学；

¨发现了镎和钚－产生了第一个超铀元素，埃德温·麦克米伦（Edwin McMillan）和西博格（Glenn Seaborg）获得1951年诺贝尔化学奖；

¨发现了碳14－称为测定人类史前古器物年代的原子钟；

¨建造了184英寸的同步回旋加速器－由加州大学伯克利分校校园移到伯克利山上的位置；

¨发明了第一台质子直线加速器－至今肿瘤门诊用于治疗癌症的一种类型的加速器；

¨发现了锫－一种放射性的稀土金属；

¨发明了Anger照相机－Hal Anger研制出第一台组织中成像放射性同位素伽马射线照相机；

¨发明了液氢气泡室－使唐纳德·格拉泽（Donald Glaser）获得1960年诺贝尔物理奖；

¨建造了贝伐特朗质子加速器（Bevatron）－加速器击碎10亿电子伏特质子（GeV）的障碍；

¨发现了反质子－埃米利奥·吉诺·塞格雷（Emilio Segrè）和欧文·张伯伦（Owen Chamberlain）获得1959年诺贝尔物理奖；

¨发现了反中子－反物质或镜象物质扩大到包括电中性基本粒子；

¨确定了碳的光合作用路径（又称卡尔文循环）－卡尔文（Melvin Calvin）获得1961年诺贝尔化学奖；

¨发现了铹－按LBNL创始人欧内斯特·劳伦斯（Ernest O. Lawrence）命名的放射性稀土金属；

¨88英寸回旋加速器开放－今天仍用于研究电离辐射对基于空间电子学的效应；

¨发明了化学激光器－成为最通用和广泛使用的科学工具之一；

¨发现了基本粒子中的“共振态”－路易斯·阿尔瓦雷茨（Luis Alvarez）获得1968年诺贝尔物理奖；

¨正电子断层照相（PET）获得突破－开发出世界上用于诊断研究分辨率最高的PET扫描仪

¨发现了j/psi粒子－包括粲夸克第一个证据的介子；

¨发现了106号元素Sg－以LBNL诺贝尔奖获得者西博格（Glenn Seaborg）命名的放射性合成元素；

¨建造了贝伐拉克－超级重离子直线加速器和贝伐特朗质子加速器（Bevatron）组合在一起将重离子加速到相对论的能量；

¨发明了时间投影室－时间投影室仍然是高能物理粒子探测器的重负荷设备；

¨超导磁铁打破特斯拉记录－LBNL成为世界上超导电磁技术的领导者；

¨在斯坦福建造了正负电子对撞机－与SLAC国家加速器实验室联合建造的项目诞生了第一台物质反物质对撞机；

¨在帕克菲尔德（Parkfield）开始进行地震研究－LBNL成为地下成像技术的领导者；

¨构思出10米望远镜－提出世界上最大光学望远镜中现在使用的分节反射镜；

¨发明了SQUIDs － 测量超微型磁场用的超导量子干涉设备（SQUIDs）；

¨发明了智能窗 － 嵌入的电极能使窗户的玻璃对阳光的变化作出反应；

¨恐龙灭绝（小行星撞击说） － 诺贝尔奖得主路易斯·阿尔瓦雷茨父子（Luis Alvarez）将铱在KT边界的异常使恐龙灭绝与小行星撞击地球联系在一起；

¨国家电子显微术中心开放 － 世界上最强大的电子显微镜之家将产生第一批碳原子晶格图象；

¨创造了DOE-2程序 － 用于模拟加热、照明和空调费用的节能计算程序；

¨观测到了集体流 － 核物质可压缩到高温和密度的第一个直接证据推动寻找夸克胶子等离子体；

¨交叉分子束研究 － 李远哲赢得1986年诺贝尔化学奖；

¨发明了核磁共振魔角和双旋转 － 一系列新核技术中的第一种，使核磁共振技术从固体扩展到液体和气体；

¨确定了好的和坏的胆固醇 － 在胆固醇种发现了两种形式的脂蛋白，高密度和低密度，前者是好的，后者对心脏病是坏的；

¨固态荧光灯镇流器 － 高频电子镇流器导致商业开发出紧凑型荧光灯；

¨分子束外延（MBE）－4惰性聚变能实验－直线加速器加速并将平行的重离子束聚焦到1 MeV，提供了磁聚变能的一种替代物；

¨北极发现煤烟 － LBNL的黑碳仪揭示在北极辐射吸收黑色颗粒浓度大，说明污染是全球性的问题；

¨发明了随机涡方法 － 数学模型描述湍流，在宇宙中最常见的运动形式；

¨创造了下一代气凝胶 － LBNL研制96%是空气的材料，导致建立美国第一个商业气凝胶公司；

¨建立了正常人上皮细胞株 － 形成在培育中无限生活的细胞为癌症研究打开新的大门；

¨揭开了氡的危险 －发现氡气通过地下室进入家庭在美国某些地区构成重大辐射危险；

¨提出细胞外基质理论 － 突破性的理论将乳腺癌的发展与围绕乳腺细胞的微环境崩溃联系在一起；

¨人类基因组工程开始 －被指定能源部两个中心之一的LBNL进行绘制和对人类基因组进行排序，该项目于2003年成功完成；

¨发明了固体聚合物电池 － 新种类的聚合物阴极使新家族的轻型充电电池成为可能；

¨COBE卫星记录早期宇宙的萌芽 － LBNL搭载美国宇航局卫星的探测器揭示导致产生今天星系的宇宙微波背景的波动，乔治·斯穆特（George Smoot）获得2006年诺贝尔物理学奖；

¨先进光源ALS开放 － 产生世界上用于科学研究的最亮的软X射线和紫外光；

¨确定了心脏病的基因 － 新的证据将动脉硬化症与一个单个显性基因联系在一起；

¨超硬碳氮化合物 － 在理论模型基础上设计的新化合物比钻石更强硬；

¨第一次看到DNA双螺旋线 － 不变的DNA图像让科学家门首次看到双螺旋线；

¨凯斯特森（Kesterson）水库威胁揭密 － LBNL发现被农业径流硒污染野生动物庇护所暴露普遍的生态危害；

¨第一个飞秒X射线束流 － 先进光源ALS的束流脉冲长度被限定到仅一秒的十亿分之几秒；

¨发明了硫灯 － 实验室科学家们帮助分子发射器产生的能效比传统白炽灯泡高四倍和亮度高700倍；

¨国家能源研究科学计算中心（NERSC）移到LBNL－ LBNL成为国家能源研究科学计算中心的东道主，该中心是美国能源部科学局的旗舰科学计算设施；

¨细胞衰老与癌症 － 生物测定帮助科学家们确定在活着的有机体中的生物衰老细胞，并发现与癌症的联系；

¨世界上最强大的伽马探测器（Gammasphere）亮相 － 世界上最敏感的伽马辐射探测器赋予好莱坞灵感，生产出好莱坞大片《绿巨人》；

¨构思出B工厂 － 与SLAC合作建造第一台不对称粒子对撞机，称为B工厂，它将继续显示CP破缺的第一个证据；

¨镰状细胞和转基因小鼠唐氏综合征 － 带有人类基因的小鼠模型模仿镰状细胞疾病和将DYRK（蛋白激酶）基因与智力低下症联系在一起；

¨传输控制协议/因特网互联协议（TCP / IP）的流量控制算法 － LBNL开发的算法大大减少网络的交通挤塞情况，并被广泛地与认为能够防止互联网发生不可避免的拥塞崩溃；

¨发现了顶夸克 － LBNL的科学家参加了在Tevatron上进行的两个历史性CDF和D0实验，找到预测的六个夸克中最后、也是最难以捉摸的顶夸克；

¨紫外线净水器防止霍乱暴发 － 紫外线光快速和廉价消毒偏远地区的水；

¨尤卡山的3维计算机模型－ 水文地质模型显示核废料储存库选在内华达山是合理的；

¨发现了暗能量 － 超新星宇宙学项目揭示被称为“暗能量”的反引力导致宇宙加速膨胀，索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）获得2011年诺贝尔物理学奖；

¨微管蛋白的第一个三维原子尺度模型 － 图像揭示灵活蛋白质的结构，它启动生物细胞的有丝分裂和其他关键功能；

¨完成散裂中子源的前端系统 － LBNL完成为散裂中子源产生负氢离子并将其发送到田纳西州橡树岭国家实验室的加速器的工作。

¨来自加拿大中微子观测站（SNO）的初步结果表明中微子质量 － 来自SNO第一年的数据揭示了诡异亚原子粒子的微小质量；

¨开发了混合型太阳能电池 － 纳米技术与塑料电子学相结合，产生可以大量生产多种不同形状的光电设备；

¨南大洋和弗里奥（Frio）试验 － 实验室开始在南极海岸和得克萨斯州休斯敦附近的深部咸水含水层进行碳固存研究；

¨发明了小人激光器 － 紫外发光纳米线激光器测量100纳米的直径，或千分之一的人的头发

¨发明了伯克利灯 － 荧光台灯比传统台灯减少50%的能源费用；

¨合成生物学的突破 － 在主要研究所的第一个合成生物学部创造了抗疟疾和抗艾滋病的超级药物合成基因；

¨创造了世界上最小的合成电动机 － 由碳纳米管和金子制作的旋转电动机长度低于300纳米；

¨分子铸造厂开放 － 能源部国家用户设施，专门用于涉及、合成和表征纳米尺度材料。

¨将窗变成了节能器 － LBNL开发出阻止热夏天进入冬天热逃脱的窗口镀膜；

¨斜屋顶防全球变暖 － LBNL在分析和实现反射阳光、降低表面温度和大幅度消减冷却费用的冷屋顶材料中处于领先地位；

¨保存了不久以前的声音 － 实验室的科学家们研制出一种进行数字化改造过于脆弱无法播放的老化录音，如数字化19世纪后期爱迪生的蜡盘。

¨使器具物尽其职 － LBNL的科学家们帮助拟定了各种器具的联邦政府能效标准；

¨创造了超小型DNA取样器 － 确定空气、水和土壤样品中微生物的工具，广泛用于公共卫生、医学和环境清除项目；

¨开发超强气候模型 － 在LBNL国家能源研究科学计算中心进行的气候模拟帮助使全球变暖称为餐桌上的交谈话题；

¨促成了中国的能源效率－ 中国在制定能源标识和电器标准时，LBNL给予了相当大的支持，还帮助提高中国的住宅和商业楼宇以及工业部门如水泥制造业的能源效率；

¨使星星更近 － 二十世纪七十年代LBNL开发的革命性的望远镜技术能使科学家们一睹数十亿光年远的超新星。拼接镜面设计用于世界上的许多天文台。

2016年10月，劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，将现有的最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm，完成了计算技术界的一大突破。

2023年5月，美国能源部阿贡国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室科学家开发了一种含氟电解质，即使在低于0℃的温度下也能很好地发挥作用。