| Národní laboratoř urychlovačů. Enrico Fermi | |
|---|---|
| Fermiho národní laboratoř urychlovačů | |
| Letecký pohled na Fermilab. Kroužek v popředí je hlavní injektor Tevatron , prstenec v pozadí je Tevatron. Jezírka podél prstenců odvádějí teplo z urychlovačů. | |
| Směr výzkumu | Fyzika elementárních částic |
| Založený | 21. listopadu 1967 |
| Umístění | Batavia , USA |
| Oficiální stránka | fnal.gov |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Národní laboratoř urychlovačů. Enrico Fermi (běžnější je zkrácený název Fermilab ) se nachází ve městě Batavia nedaleko Chicaga ( Illinois , USA ). Vlastněný americkým ministerstvem energetiky . Specializuje se na výzkum fyziky vysokých energií , astrofyziky a urychlovacích technologií. Od 1. ledna 2008 je Fermilab provozován společností Fermi Research Alliance , kterou organizuje University of Chicago a Universities Research Association (URA). URA je konsorcium 91 výzkumných univerzit, většinou ze Spojených států, ale jsou zde i členové z Kanady , Japonska a Itálie .
V současné době je hlavním výzkumným zařízením ve Fermilabu urychlovač Tevatron ( svou práci dokončil 30. září 2011), umístěný v podzemním prstencovém tunelu dlouhém 6,28 km. Od 1. ledna 2007 byl tento urychlovač urychlovačem s největší energií a svítivostí částicového paprsku na světě a v roce 2009 ztratil náskok před Velkým hadronovým urychlovačem . Kromě experimentů s urychlovačem ( CDF a D0 ) provádí Fermilab několik malých experimentů s pevnými cíli, experimenty s neutriny a účastní se astrofyzikálních pozorovacích projektů.
Na území Fermilabu žije malé stádo bizonů introdukované v době založení laboratoře, které symbolizuje spojení mezi hranicí moderní fyziky ve Fermilabu a hranicí minulosti - prériemi . Někteří z místních se domnívají, že bizoni byli přivezeni k použití jako živý detektor radiace, pokud úrovně radiace dosáhly nebezpečných úrovní. Fermilab však prohlásil, že obvinění tohoto druhu nemají opodstatnění [1] .
Asteroid 11998 Fermilab byl pojmenován po Fermilab
Rozhodnutí vybudovat Národní laboratoř urychlovačů bylo učiněno v roce 1967 prezidentem Lyndonem Johnsonem . V roce 1974 byla laboratoř pojmenována po Enricu Fermim . Prvním ředitelem Fermilabu byl Robert R. Wilson , známý fyzik a člen projektu Manhattan . Na území laboratoře je několik soch, které vytvořil. Hlavní zásluha, která mu byla připisována, bylo dokončení stavby laboratoře v předstihu a v rámci přiděleného rozpočtu. Hlavní budova laboratoře, která má unikátní tvar, je pojmenována po Wilsonovi.
V roce 1978 Wilson na protest proti problémům s financováním laboratoře odstoupil z funkce ředitele laboratoře a jeho místo zaujal Leon Lederman . Pod jeho vedením byl navržen projekt přeměny původního velkého urychlovače Fermilab na urychlovač Tevatron. Za vedení Ledermana (v roce 1983 ) byl tento urychlovač spuštěn. V roce 1988 Lederman odstoupil ze svého postu a v současnosti je emeritním ředitelem laboratoře. Vzdělávací centrum Fermilab bylo pojmenováno po něm.
John Peoples byl ředitelem laboratoře v letech 1988 až 1998 . V těchto letech se uskutečnily experimenty s urychlovačem CDF a D0 nazvané Run I a objev t-kvarku ( 1994 ). V roce 1995 byl Tevatron zastaven a stavba nového hlavního vstřikovače pro Tevatron začala vážně zvyšovat svítivost urychlovače. Od roku 1998 do roku 2005 vedl laboratoř Michael S. Witherell . Pod jeho vedením byl urychlovač Tevatron spuštěn v režimu zvýšené svítivosti a začala experimentální relace Run II. 1. července 2005 se Piermaria Oddon stala ředitelkou Fermilabu .
Fermilab je jedním z možných míst pro stavbu dalšího urychlovače po LHC - ILC . Nicméně kvůli problémům s financováním fyziky vysokých energií ve Spojených státech v roce 2008 byla veškerá práce na tomto projektu dočasně zmrazena a osud ILC zůstává nejistý.
V první fázi protonové akcelerace od konce 60. let do poloviny roku 2012 byly použity generátory Cockcroft-Walton . Celkem byly takové generátory dva, z nichž jeden byl záložní. Od konce roku 2012 se v počáteční fázi zrychlení používá RF kvadrupól. Zpočátku jsou urychlovány záporné vodíkové ionty H − (získávají se v důsledku průchodu plynného vodíku nádobou s cesiem ). V dalším kroku urychlování je použit lineární urychlovač (neboli linac), který urychluje částice až na 400 MeV , v důsledku čehož ionty nabývají rychlosti asi 70 % rychlosti světla . Před vstupem do dalšího urychlovače procházejí ionty H 2 - uhlíkovou fólií, kde ztrácejí elektrony a stávají se protony (nebo ionty H + ).
Dalším krokem je posilovací kroužek . Posilovač používá magnety k udržení protonového paprsku na kruhové dráze . Protony prolétají boosterem v průměru 20 000krát a zvyšují svou energii v každém kole (jsou urychlovány podélným elektrickým polem v určitých částech své dráhy). Výsledkem je, že protony opouštějí booster s energií 8 GeV . Dále protony letí do hlavního vstřikovače. Tento urychlovač byl postaven v roce 1999 a plní tři úkoly: urychlování protonů, dodávání protonů určitou energií k produkci antiprotonů a urychlování antiprotonů pocházejících z antiprotonového zdroje. (Před vytvořením Main Injectoru byl místo něj použit tzv. Main Ring, synchrotron s teplým magnetem umístěný v tunelu nad Tevatronem. V roce 1976 byla na Hlavním prstenci získána rekordní energie paprsku 500 GeV. ). Dále protony a antiprotony vstoupily do Tevatronu a byly urychleny na nominální energii 980 GeV . Tevatron byl 6,25 km dlouhý a používal supravodivé magnety k udržení paprsku na kruhové dráze. Protony a antiprotony létaly opačnými směry rychlostí, která se prakticky neliší od rychlosti světla. Fyzici řídili paprsky tak, že se protínaly pouze ve dvou bodech, kde se nacházely obrovské detektory srážeče - D0 a CDF . Na prstencích Tevatronu a hlavního injektoru je několik zón, kde je paprsek extrahován z urychlovačů, kde se provádějí experimenty s pevnými cíli.
Během několika posledních let byl růst rozpočtu společnosti Fermilab trvale nižší než míra inflace a laboratoř byla nucena provést škrty v počtu zaměstnanců (v roce 2005 bylo propuštěno 100 zaměstnanců). [2] V současné době je hlavním projektem nového ředitele a správy laboratoře vývoj a v budoucnu i výstavba elektron-pozitronového urychlovače ILC ve Fermilabu. Rozhodnutím Kongresu USA v roce 2008 však bylo financování projektu ILC v USA čtyřikrát zkráceno oproti plánovanému. To vážně snižuje šance společnosti Fermilab na vybudování tohoto urychlovače vlastními silami. V roce 2008 se finanční situace laboratoře prudce zhoršila a ředitel byl nucen oznámit nadcházející snížení počtu zaměstnanců o 10 %.
V roce 2009 přestal být Tevatron nejvyšším energetickým urychlovačem na světě, protože v evropské laboratoři CERNu v Ženevě ( Švýcarsko ) byl vypuštěn Velký hadronový urychlovač (LHC ). Tento urychlovač částic je ve srovnání s Tevatronem velký (jeho délka je 27 km) a dokáže urychlit protony na energii 7 TeV. To odpovídá srážkové energii 14 TeV, tedy více než 7krát vyšší než u Tevatronu. Přestože Fermilab nadále hraje důležitou roli v budoucím rozvoji fyziky vysokých energií, ztratil čestný titul vedoucí laboratoře v této oblasti vědy.
Dne 1. listopadu 2006 ministerstvo energetiky USA oznámilo, že Fermiho Research Alliance (FAA) bude provozovat Fermilab po dobu 5 let, počínaje 1. lednem 2007. IAF je organizována jako partnerství mezi Universities Research Association (URA) a University of Chicago. Pokud bude vedení považováno za úspěšné, bude IAF moci prodloužit smlouvu na správu Fermilabu o dalších 20 let bez výběrového řízení [3] .
27. března 2007 došlo k vážnému incidentu při testování magnetů vyrobených společností Fermilab pro urychlovač LHC v CERNu . Při magnetických zkouškách na kritické zatížení se zhroutil čtyřpólový magnetický nosný systém (má délku 14 metrů). V důsledku toho došlo k poškození chladicího systému urychlovače [4] . Vyřešení vzniklých problémů si vyžádalo 3 měsíce práce navíc.