O Fermi National Accelerator Laboratory, coñecido comercialmente como Fermilab, é un laboratorio nacional dedicado á física de partículas de alta enerxía, situado en Batavia, Illinois, Estados Unidos, preto de Chicago. Está patrocinado por Departamento de Enerxía dos Estados Unidos, e xestionado pola Universidade de Chicago a través da entidade subordinada Fermi Forward Discovery Group LLC.
O inxector principal do Fermilab, ou "Main Injector",cunha circunferencia de dúas millas (3.3 km), é o acelerador de partículas do laboratorio. O complexo de aceleradores que alimenta o Main Injector está en proceso de modernización, e a construción do primeiro edificio para o novo acelerador lineal PIP-II comezou en 2020. Ata 2011, Fermilab foi sede do acelerador Tevatron, cunha circunferencia de 3.90 millas (6.28 km). Os túneles en forma de anel do Tevatron e do Main Injector poden verse desde o aire por satélite.
Fermilab aspira a converterse nun centro mundial de referencia na física dos neutrinos. Alberga o "Deep Underground Neutrino Experiment" (DUNE), un proxecto de varios miles de millóns de dólares que se atopa actualmente en construción. O proxecto sufriu atrasos, e en 2022, as revistas Science e Scientific American publicaron sendos artigos nos que o describían como "problemático".
Os experimentos de neutrinos que están actualmente en marcha son ICARUS ("Imaging Cosmic and Rare Underground Signals") e NOVA ("NuMI Off-Axis ve Appearence"). Entre os experimentos xa rematados atópanse MINOS ("Main Injector Neutrino Oscillation Search"), MINOS+, MiniBooNE, SciBooNE ("SciBar Booster Neutrino Experiment") e MicroBooNE (Micro Booster Neutrino Experiment).
Os experimentos in situ alleos ó programa de neutrinos inclúen o experimento de branco fixo SeaQuest e o Muon g-2. Fermilab continúa participando nos traballos do LHC, pois serve como centro de nivel 1 na Worldwide LHC Computing Grid. Fermilab tamén desenvolve investigación no ámbito da ciencia da información cuántica. En 2019 fundou o Fermilab Quantum Institute. Desde o ano 2020, tamén acolle o "Superconducting Quantum Materials and Systems Center".
Debido a graves problemas de rendemento ao longo dunha década, o Departamento de Enerxía estableceu unha nova dirección para Fermilab o 1 de xaneiro de 2025. Actualmente, Fermilab está xestionado polo Fermi Forward Discovery Group, LLC (FFDG). Este consorcio está liderado polo grupo de xestión que estivo ao fronte do laboratorio entre 2007 e 2024, a Fermi Research Alliance (FRA), ao que se incorporaron Amentum Environment & Energy, Inc. e Longenecker & Associates. Debido á crise de xestión, a directora do laboratorio, Lia Merminga, dimitiu o 13 de xaneiro de 2025 e foi substituída temporalmente polo director en funcións Young-Kee Kim, da Universidade de Chicago.
Historia Weston, Illinois, era unha comunidade situada xunto a Batavia que en 1966 foi eliminada por decisión da xunta municipal para proporcionar un terreo destinado á construción do Fermilab.
O laboratorio foi fundado en 1969 co nome de National Accelerator Laboratory; en 1974 cambiou o seu nome en honra de Enrico Fermi. O primeiro director do laboratorio foi Robert Rathbun Wilson, baixo cuxa dirección o laboratorio abriu antes do previsto e cun custo inferior ó orzamentado. Moitas das esculturas que hai nas instalacións son obra súa. El dá nome ao edificio de laboratorios de varias plantas do recinto, cuxa singular forma se converteu no símbolo do Fermilab e que constitúe o centro de actividade do campus.
Despois de que Wilson dimitise en 1978 en protesta pola falta de financiamento do laboratorio, Leon M. Lederman asumiu o cargo. Baixo a súa dirección, o acelerador orixinal foi substituído polo Tevatron, un acelerador capaz de facer colidir protóns e antiprotóns cunha enerxía combinada de 1.96 TeV. Lederman deixou o cargo en 1989, e permaneceu como director emérito ata a súa morte. O centro de educación científica das instalacións recibiu o seu nome en homenaxe a el.
Directores do laboratorio Desde a súa fundación en 1967, o Fermilab estivo dirixido por 8 directores.
ImaxeDirectorInicio do mandatoFin do mandato1Robert Rathbun Wilson196731 de maio de 19782Leon M. Lederman1 de xuño de 197930 de xuño de 19893John Peoples1 de xullo de 198930 de xuño de 19994Michael S. Witherell1 de xullo de 199930 de xuño de 20055Piermaria Oddone1 de xullo de 200530 de xuño de 2013interinoJack Anderson1 de xullo de 20132 de setembro de 20136Nigel Lockyer3 de setembro de 201317 de abril de 20227Lia Merminga18 de abril de 202213 de xaneiro de 2025interinoYoung-Kee Kim13 de xaneiro de 202511 de xaneiro de 20268Norbert Holtkamp12 de xaneiro de 2026presente
Aceleradores Tevatron Antes da posta en funcionamento en 2008 do LHC, situado preto de Xenebra, Suíza, o Tevatron era o acelerador de partículas máis potente do mundo. Aceleraba protóns e antiprotóns ata enerxía de 980 GeV, e producía colisións protón-antiprotón con enerxías ata 1.96 TeV, sendo o primeiro acelerador en alcanzar unha enerxía dun "tera-electrón-volt". Con 3.9 millas (6.3 km) de circunferencia, era o cuarto acelerador de partículas máis grande do mundo. Un dos seus logros máis importantes foi o descubrimento do quark top en 1995, anunciado polos equipos de investigación que traballaban cos detectores CDF e DØ do Tevatron. Foi pechado en 2011.
Complexo de aceleradores do Fermilab Desde 2013, a primeira etapa do proceso de aceleración (o inxector preacelerador) na cadea de aceleradores do Fermilabref></ref> ten lugar en dúas fontes de ións que ionizan gas de hidróxeno. O gas introdúcese nun recipiente revestido de electrodos de molibdeno, cada un deles formado por un cátodo ovaladodo tamaño dunha caixa de mistos, e un ánodo que o rodea, separados por 1 mm e mantidos no seu lugar mediante illante de vidro-cerámica. Un magnetrón de cavidade xera un plasma para formar os ións preto da superficie metálica. Os ións son acelerados pola fonte e adaptados mediante o transporte de feixe de baixa enerxía ó cuadrupolo de radiofrecuencias, que aplica un campo electrostático que proporciona ós ións unha segunda aceleración. Á saída do cuadrupolo, o feixe é adaptado mediante o transporte de feixe de enerxía media á entrada do acelerador lineal.
A seguinte etapa da aceleración é un acelerador lineal de partículas. Esta etapa consta de dous segmentos. O primeiro ten cinco cavidades de tubos de deriva, que funcionan a 201 MHz. O segundo ten sete cavidades acopladas lateralmente, que funcionan a 805 MHz. Ó final do acelerador lineal, as partículas son aceleradas ata 400 MeV, é dicir, aproximadamente o 70% da velocidade da luz. Xusto antes de entrar no seguinte acelerador, os ións H− atravesan unha folla de carbono e convértense en ións H+ (protóns).
Os protóns resultantes entran no "anel Booster",un acelerador circular de 468 metros de circunferencia cuxos imáns curvan os feixes de protóns ó longo dunha traxectoria circular. Os protóns recorren o Booster unhas 20.000 veces en 33 milisegundos, adquirindo enerxía en cada revolución ata saír do Booster acelerados a 8 GeV. En 2021, o laboratorio anunciou que un dos seus máis recentes imáns superconductores podía aumentar a intensidade do campo a unha taxa de 290 teslas por segundo.
A aceleración final é aplicada polo Main Injector, que é o máis pequeno dos dous aneis que aparecen na última imaxe de abaixo (en primeiro plano). Rematado en 1999, converteuse no intercambiador de partículas do Fermilab, xa que pode dirixir os protóns cara a calquera dos experimentos instalados ao longo das liñas de feixe, despois de aceleralos ata 120 GeV.
Ata 2011, o Main Injector proporcionaba protóns ao anel de antiprotóns e ó Tevatron para unha maior aceleración, pero na actualidade proporciona o último impulso antes de que as partículas cheguen ós experimentos situados ao longo das liñas de feixe.
Notas
Véxase tamén
Outros artigos CERN SLAC
Categoría:Física de partículas
Categoría:Illinois