Between 1997 June and 2001 February the Two Micron All Sky Survey (2MASS) collected 25.4 Tbytes of raw imaging data covering 99.998% of the celestial sphere in the near-infrared J (1.25 μm), H (1.65 μm), and Ks (2.16 μm) bandpasses. Observations were conducted from two dedicated 1.3 m diameter telescopes located at Mount Hopkins, Arizona, and Cerro Tololo, Chile. The 7.8 s of integration time accumulated for each point on the sky and strict quality control yielded a 10 σ point-source detection level of better than 15.8, 15.1, and 14.3 mag at the J, H, and Ks bands, respectively, for virtually the entire sky. Bright source extractions have 1 σ photometric uncertainty of <0.03 mag and astrometric accuracy of order 100 mas. Calibration offsets between any two points in the sky are <0.02 mag. The 2MASS All-Sky Data Release includes 4.1 million compressed FITS images covering the entire sky, 471 million source extractions in a Point Source Catalog, and 1.6 million objects identified as extended in an Extended Source Catalog.

The Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) has surveyed the entire sky at four infrared wavelengths with greatly improved sensitivity and spatial resolution compared to its predecessors, the Infrared Astronomical Satellite and the Cosmic Background Explorer. NASA's Planetary Science Division has funded an enhancement to the WISE data processing system called "NEOWISE" that allows detection and archiving of moving objects found in the WISE data. NEOWISE has mined the WISE images for a wide array of small bodies in our solar system, including near-Earth objects (NEOs), Main Belt asteroids, comets, Trojans, and Centaurs. By the end of survey operations in 2011 February, NEOWISE identified over 157,000 asteroids, including more than 500 NEOs and ∼120 comets. The NEOWISE data set will enable a panoply of new scientific investigations.

We have carried out a survey of the north and south ecliptic poles, EP-N and EP-S, respectively, with the Spitzer Space Telescope and the Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). The primary objective was to cross-calibrate WISE with the Spitzer and Midcourse Space Experiment (MSX) photometric systems by developing a set of calibration stars that are common to these infrared missions. The ecliptic poles were continuous viewing zones for WISE due to its polar-crossing orbit, making these areas ideal for both absolute and internal calibrations. The Spitzer IRAC and MIPS imaging survey covers a complete area of 0.40 deg2 for the EP-N and 1.28 deg2 for the EP-S. WISE observed the whole sky in four mid-infrared bands, 3.4, 4.6, 12, and 22 μm, during its eight-month cryogenic mission, including several hundred ecliptic polar passages; here we report on the highest coverage depths achieved by WISE, an area of ∼1.5 deg2 for both poles. Located close to the center of the EP-N, the Sy-2 galaxy NGC 6552 conveniently functions as a standard calibrator to measure the red response of the 22 μm channel of WISE. Observations from Spitzer-IRAC/MIPS/IRS-LL and WISE show that the galaxy has a strong red color in the mid-infrared due to star-formation and the presence of an active galactic nucleus (AGN), while over a baseline >1 year the mid-IR photometry of NGC 6552 is shown to vary at a level less than 2%. Combining NGC 6552 with the standard calibrator stars, the achieved photometric accuracy of the WISE calibration, relative to the Spitzer and MSX systems, is 2.4%, 2.8%, 4.5%, and 5.7% for W1 (3.4 μm), W2 (4.6 μm), W3 (12 μm), and W4 (22 μm), respectively. The WISE photometry is internally stable to better than 0.1% over the cryogenic lifetime of the mission. The secondary objective of the Spitzer–WISE Survey was to explore the poles at greater flux-level depths, exploiting the higher angular resolution Spitzer observations and the exceptionally deep (in total coverage) WISE observations that potentially reach down to the confusion limit of the survey. The rich Spitzer and WISE data sets were used to study the Galactic and extragalactic populations through source counts, color–magnitude and color–color diagrams. As an example of what the data sets facilitate, we have separated stars from galaxies, delineated normal galaxies from power-law-dominated AGNs, and reported on the different fractions of extragalactic populations. In the EP-N, we find an AGN source density of ∼260 deg−2 to a 12 μm depth of 115 μJy, representing 15% of the total extragalactic population to this depth, similar to what has been observed for low-luminosity AGNs in other fields.

A method, which utilizes the large difference in ionization potentials between successive ionization states of trace atoms, for injecting electrons into a laser-driven wakefield is presented. Here a mixture of helium and trace amounts of nitrogen gas was used. Electrons from the K shell of nitrogen were tunnel ionized near the peak of the laser pulse and were injected into and trapped by the wake created by electrons from majority helium atoms and the L shell of nitrogen. The spectrum of the accelerated electrons, the threshold intensity at which trapping occurs, the forward transmitted laser spectrum, and the beam divergence are all consistent with this injection process. The experimental measurements are supported by theory and 3D OSIRIS simulations.

To develop plasma wakefield acceleration into a compact and affordable replacement for conventional accelerators, beams of charged particles must be accelerated at high efficiency in a high electric field; here this is demonstrated for a bunch of charged electrons ‘surfing’ on a previously excited plasma wave. Particle colliders that operate at the high-energy frontier using electric fields generated by radio waves are approaching the limits of feasibility in terms of size and cost, but there are other acceleration techniques that could make less expensive and more compact devices. The plasma wakefield accelerator, in which an electron bunch is accelerated by making it 'surf' on a plasma wave excited by another electron bunch, promises an energy gain in the gigaelectron-volt regime over just a few centimetres — an energy gain that requires hundreds of metres using traditional accelerators. Previously, this technique had only been used to accelerate a very small number of electrons at a time. Now, researchers working at FACET, the Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests at SLAC National Accelerator Laboratory, USA, have achieved acceleration of about half a billion electrons at once with an unprecedented efficiency for a plasma accelerator. This achievement could be a milestone in the development of affordable and compact accelerators for applications ranging from high energy physics to medical and industrial applications. High-efficiency acceleration of charged particle beams at high gradients of energy gain per unit length is necessary to achieve an affordable and compact high-energy collider. The plasma wakefield accelerator is one concept1,2,3 being developed for this purpose. In plasma wakefield acceleration, a charge-density wake with high accelerating fields is driven by the passage of an ultra-relativistic bunch of charged particles (the drive bunch) through a plasma4,5,6. If a second bunch of relativistic electrons (the trailing bunch) with sufficient charge follows in the wake of the drive bunch at an appropriate distance, it can be efficiently accelerated to high energy. Previous experiments using just a single 42-gigaelectronvolt drive bunch have accelerated electrons with a continuous energy spectrum and a maximum energy of up to 85 gigaelectronvolts from the tail of the same bunch in less than a metre of plasma7. However, the total charge of these accelerated electrons was insufficient to extract a substantial amount of energy from the wake. Here we report high-efficiency acceleration of a discrete trailing bunch of electrons that contains sufficient charge to extract a substantial amount of energy from the high-gradient, nonlinear plasma wakefield accelerator. Specifically, we show the acceleration of about 74 picocoulombs of charge contained in the core of the trailing bunch in an accelerating gradient of about 4.4 gigavolts per metre. These core particles gain about 1.6 gigaelectronvolts of energy per particle, with a final energy spread as low as 0.7 per cent (2.0 per cent on average), and an energy-transfer efficiency from the wake to the bunch that can exceed 30 per cent (17.7 per cent on average). This acceleration of a distinct bunch of electrons containing a substantial charge and having a small energy spread with both a high accelerating gradient and a high energy-transfer efficiency represents a milestone in the development of plasma wakefield acceleration into a compact and affordable accelerator technology.

The concepts of matched-beam, self-guided laser propagation and ionization-induced injection have been combined to accelerate electrons up to 1.45 GeV energy in a laser wakefield accelerator. From the spatial and spectral content of the laser light exiting the plasma, we infer that the 60 fs, 110 TW laser pulse is guided and excites a wake over the entire 1.3 cm length of the gas cell at densities below $1.5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{18}\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{\ensuremath{-}3}$. High-energy electrons are observed only when small (3%) amounts of ${\mathrm{CO}}_{2}$ gas are added to the He gas. Computer simulations confirm that it is the $K$-shell electrons of oxygen that are ionized and injected into the wake and accelerated to beyond 1 GeV energy.

We present ground-based spectroscopic verification of 6 Y dwarfs (see also Cushing et al.), 89 T dwarfs, 8 L dwarfs, and 1 M dwarf identified by the Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Eighty of these are cold brown dwarfs with spectral types ⩾T6, six of which have been announced earlier by Mainzer et al. and Burgasser et al. We present color–color and color–type diagrams showing the locus of M, L, T, and Y dwarfs in WISE color space. Near-infrared and, in a few cases, optical spectra are presented for these discoveries. Near-infrared classifications as late as early Y are presented and objects with peculiar spectra are discussed. Using these new discoveries, we are also able to extend the optical T dwarf classification scheme from T8 to T9. After deriving an absolute WISE 4.6 μm (W2) magnitude versus spectral type relation, we estimate spectrophotometric distances to our discoveries. We also use available astrometric measurements to provide preliminary trigonometric parallaxes to four of our discoveries, which have types of L9 pec (red), T8, T9, and Y0; all of these lie within 10 pc of the Sun. The Y0 dwarf, WISE 1541−2250, is the closest at 2.8+1.3−0.6 pc; if this 2.8 pc value persists after continued monitoring, WISE 1541−2250 will become the seventh closest stellar system to the Sun. Another 10 objects, with types between T6 and >Y0, have spectrophotometric distance estimates also placing them within 10 pc. The closest of these, the T6 dwarf WISE 1506+7027, is believed to fall at a distance of ∼4.9 pc. WISE multi-epoch positions supplemented with positional info primarily from the Spitzer/Infrared Array Camera allow us to calculate proper motions and tangential velocities for roughly one-half of the new discoveries. This work represents the first step by WISE to complete a full-sky, volume-limited census of late-T and Y dwarfs. Using early results from this census, we present preliminary, lower limits to the space density of these objects and discuss constraints on both the functional form of the mass function and the low-mass limit of star formation.

We present the discovery of seven ultracool brown dwarfs identified with the Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Near-infrared spectroscopy reveals deep absorption bands of H_2O and CH_4 that indicate all seven of the brown dwarfs have spectral types later than UGPS J072227.51-054031.2, the latest type T dwarf currently known. The spectrum of WISEP J182831.08+265037.8 is distinct in that the heights of the J- and H-band peaks are approximately equal in units of f_lambda, so we identify it as the archetypal member of the Y spectral class. The spectra of at least two of the other brown dwarfs exhibit absorption on the blue wing of the H-band peak that we tentatively ascribe to NH_3. These spectral morphological changes provide a clear transition between the T dwarfs and the Y dwarfs. In order to produce a smooth near-infrared spectral sequence across the T/Y dwarf transition, we have reclassified UGPS J0722-0540 as the T9 spectral standard and tentatively assign WISEP J173835.52+273258.9 as the Y0 spectral standard. In total, six of the seven new brown dwarfs are classified as Y dwarfs: four are classified as Y0, one is classified as Y0 (pec?), and WISEP J1828+2650 is classified as >Y0. We have also compared the spectra to the model atmospheres of Marley and Saumon and infer that the brown dwarfs have effective temperatures ranging from 300 K to 500 K, making them the coldest spectroscopically confirmed brown dwarfs known to date.