Фермилаб

История

В период между Второй мировой войной и 1960-ми годами федеральное правительство финансировало различные ускорители частиц в конкурирующих университетах для проведения экспериментов в области физики высоких энергий. Наиболее примечательными были Стэнфордский линейный ускоритель (SLAC), который посылал частицы по прямой, Брукхэвенская национальная лаборатория в SUNY Stoney Brook и синхротрон Корнелльского университета, который посылал частицы по кругу, чтобы те же самые магниты работали на частицах много раз. К 1960-м годам стоимость строительства больших разбивателей атомов была слишком высока, чтобы финансировать каждый отдельный кампус, а размер кольца для следующего кольцевого ускорителя был бы слишком велик, чтобы поместиться на существующем кампусе колледжа. Поэтому федеральное правительство решило открыть новое место, где будут работать физики из нескольких университетов. Они провели конкурс по выбору места, но политики боролись за то, чтобы оно находилось в Иллинойсе.

Вестон, штат Иллинойс, был сообществом рядом с Батавией. Это было подразделение сборных домов, начавшееся в начале 1960-х гг. Продажи были очень медленными, поэтому разработчики попытались привлечь Fermilab, чтобы он стал новым работодателем на окраине нового города. Однако оказалось, что необходимый объем земли поглотит весь город. Поэтому город проголосовал за продажу всей земли, включая дома, которые были построены для Fermilab. Затем город распался.

Лаборатория была основана в 1967 году как Национальная лаборатория ускорителей; в 1974 году она была переименована в честь Энрико Ферми. Первым директором лаборатории был Роберт Рэтбун Уилсон. Уилсон сделал много скульптур на территории кампуса. Ему приписывают ответственность за то, что скульптура была закончена досрочно и в рамках бюджета. Высотное здание лаборатории, уникальная форма которого стала символом Фермилаба, названо в его честь и является центром деятельности на кампусе.

До завершения строительства новых зданий ученые переехали в дома Вестона, а также перевезли все фермерские дома на Фермилабе в это место для использования в качестве офисных помещений. Они переименовали Уэстон в "Деревню Фермилаб". В ней до сих пор живут приезжие ученые.

Уилсон пригласил команду, которая построила синхротрон Cornell, чтобы помочь в создании оригинального ускорителя 200 GeV. Два важных изобретения сделали этот ускоритель устаревшим: сверхпроводящие магниты и использование одного и того же акселераторного кольца для отправки двух групп частиц в противоположных направлениях, чтобы при столкновении у них было вдвое больше энергии.

После того, как в 1978 году Уилсон ушел в отставку в знак протеста против недостаточного финансирования лаборатории, Леон М. Ледерман взялся за эту работу. Именно под его руководством был заменен первоначальный ускоритель на ускоритель Tevatron. Новый ускоритель был способен сталкиваться с протоном и антипротоном при суммарной энергии 1,96 ТэВ. Ледерман ушел в отставку в 1988 году и остается почетным директором. В его честь был назван выездной научно-образовательный центр (который обслуживает студентов и широкую общественность).

С 1988 по 1998 год лабораторией руководил Джон Наумс. С этого времени и до 30 июня 2005 года лабораторией руководил Майкл С. Уирелл. 19 ноября 2004 года Пьермария Оддоне, ранее работавшая в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии, была объявлена новым директором Фермилаб. Оддоне начал исполнять обязанности директора 1 июля 2005 года.

Фермилаб продолжает участвовать в работе на LHC, в том числе в качестве площадки Уровня 1 во всемирной вычислительной сети LHC. Штат Иллинойс финансирует новое здание Иллинойского исследовательского центра ускорителей в Fermilab для ученых и промышленных партнеров.

Роберт Рэтбун Уилсон Холл

Ускорители

Первый этап процесса ускорения происходит в генераторе Коккрофт-Валтона. Она включает в себя прием газа водорода и превращение его в H-ионы путем введения его в контейнер, облицованный молибденовыми электродами: спичечный коробок размером с овальный катод и окружающий анод, разделенный на 1 мм и удерживаемый на месте стеклокерамическими изоляторами. Магнетрон используется для формирования плазмы H- вблизи металлической поверхности. Электростатическое поле 750 кэВ применяется генератором Коккрофт-Валтон, и ионы ускоряются из контейнера. Следующим шагом является линейный ускоритель (или линак), который ускоряет частицы до 400 МэВ, или около 70% скорости света. Прямо перед входом в следующий ускоритель ионы H проходят через углеродистую фольгу, становясь ионами H+ (протонами).

Следующий шаг - усиливающее кольцо. Ускоряющее кольцо представляет собой кольцевой ускоритель окружности 468 м, который использует магниты для изгибания пучков протонов по круговой траектории. Протоны, идущие от Линака, за 33 миллисекунды преодолевают бустерное кольцо около 20 000 раз, так что они многократно испытывают электрические поля. С каждым вращением протоны набирают больше энергии, оставляя "Бустеру" 8 ГэВ. Главный инжектор является следующим звеном в цепи ускорителя. Завершенный в 1999 г., он стал "верфью частиц" Fermilab с тремя функциями: он ускоряет протоны, доставляет протоны для производства антипротонов, и ускоряет антипротоны, исходящие от источника антипротонов. Последним ускорителем был Теватрон. Это был второй по мощности ускоритель частиц в мире (Большой адронный коллайдер CERN - самый мощный). Путешествуя почти со скоростью света, протоны и антипротоны огибают теватрон в противоположных направлениях. Физики координируют лучи так, что они сталкиваются в центрах двух 5000-тонных детекторов DØ и CDF внутри туннеля Теватрона с энергией 1,96 ТэВ, раскрывая состояние материи в ранней вселенной и ее структуру в наименьших масштабах. Теватрон преобразуется в музей.

В линейном ускорителе также есть медицинское учреждение. Врачи лечат людей с онкологическими заболеваниями, стреляя из ускорителя в их опухоли протонами или нейтронами.

Кольца ускорителя Фермилаба

Эксперименты

• интерферометр холометра
• Теватронный протон-антипротонный коллайдер: DØ и детектор коллайдера в Фермилабе.
• Мини-бустер: Мини-эксперимент по нейтрино.
• Sciboone: Эксперимент по нейтриновому нейтриновому нейтриновому нейтриновому бустеру SciBar
• МИНОС: Поиск главной инжекторной осцилляции Нейтрино
• MINERνA: Главный ИНжекторный Эксперимент с νs по адресу: As
• NOνA: NuMI Off-axis _νe Внешний вид
• MIPP: Производство частиц с главным инжектором