Фермилаб

Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми
Fermi National Accelerator Laboratory
Вид на территорию Фермилаба с воздуха. Кольцо на переднем плане — Главный инжектор Теватрона, кольцо на заднем плане — Теватрон. Пруды вдоль колец отводят тепло от ускорителей.
Направление исследований	Физика элементарных частиц
Основана	21 ноября 1967
Местонахождение	Батавия, США
Официальный сайт	http://www.fnal.gov/

Координаты: 41°49′55″ с. ш. 88°15′26″ з. д. / 41.831944° с. ш. 88.257222° з. д. ^(G) (O)41.831944, -88.257222

Robert Rathbun Wilson Hall

У этого термина существуют и другие значения, см. Ферми (значения).

Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми (более распространено сокращённое наименование Фермилаб) расположена в городке Батавия недалеко от Чикаго (Иллинойс, США). Принадлежит Министерству энергетики США. Специализируется на исследованиях в области физики высоких энергий, астрофизике и ускорительных технологиях. С 1 января 2008 Фермилаб управляется Исследовательским альянсом Ферми, организованным Чикагским университетом и Исследовательской ассоциацией университетов (URA). URA — консорциум, состоящий из 91 исследовательского университета, в основном из США, но есть также члены из Канады, Японии и Италии.

В настоящее время основной исследовательской установкой Фермилаба является коллайдер Теватрон (он закончил свою работу 30 сентября 2011 года), расположенный в подземном кольцевом туннеле длиной 6,28 км. На 1 января 2007 года этот коллайдер являлся ускорителем с самой большой в мире энергией пучков частиц и светимостью, уступив первенство Большому адронному коллайдеру в 2009 году. Кроме коллайдерных экспериментов (CDF и D0), Фермилаб проводит несколько небольших экспериментов, использующих фиксированные мишени, эксперименты с нейтрино и участвует в астрофизических наблюдательных проектах.

Небольшое стадо бизонов, заведенное во времена основания лаборатории, живёт на территории Фермилаба, символизируя связь между фронтиром современной физики в Фермилабе и фронтиром прошлого — прериями. Некоторые из местных жителей считают, что бизоны были завезены для использования в виде живого детектора радиации, если уровень радиации достигнет опасного уровня. Однако, Фермилаб объявил, что утверждения подобного рода не имеют под собой оснований.^[1]

В честь Фермилаба был назван астероид 11998 Фермилаб.

Основные научные результаты Фермилаба

• В 1977 году открыт b-кварк
• В 1995 году открыт t-кварк
• В 2000 году заявлено о прямом наблюдении тау-нейтрино.

История

Решение о постройке Национальной ускорительной лаборатории было принято в 1967 году президентом Линдоном Джонсоном. В 1974 году лаборатория была названа в честь Энрико Ферми. Первым директором Фермилаба был Роберт Р. Уилсон, известный физик и участник Манхеттенского проекта. На территории лаборатории расположено несколько скульптур, которые он создал. Главной приписываемой ему заслугой было окончание строительства лаборатории раньше запланированного времени и в рамках выделенного бюджета. Главное здание лаборатории, имеющее уникальную форму, названо в честь Уилсона.

В 1978 году Уилсон покинул пост директора лаборатории в знак протеста из-за проблем с финансированием лаборатории и его место занял Леон Ледерман. Под его началом был предложен проект преобразования первоначального большого ускорителя Фермилаба в коллайдер Теватрон. Во время директорства Ледермана (в 1983 году) этот ускоритель был запущен. В 1988 году Ледерман оставил свой пост и в настоящее время является почётным директором лаборатории в отставке. Образовательный центр Фермилаба был назван в его честь.

С 1988 по 1998 годы директором лаборатории был Джон Пиплс. На эти годы приходится проведение сеанса работы коллайдерных экспериментов CDF и D0 под названием Run I и открытие t-кварка (1994). В 1995 году Теватрон был остановлен и началось строительство нового главного инжектора для Теватрона для серьёзного увеличения светимости ускорителя. С 1998 по 2005 годы лабораторией управлял Майкл С. Витерелл. Под его началом ускоритель Теватрон был запущен в режиме увеличенной светимости и начался экспериментальный сеанс Run II. С 1 июля 2005 года директором Фермилаба стал Пьермариа Оддон.

Фермилаб является одним из возможных мест постройки следующего за LHC коллайдера — ILC. Однако вследствие проблем с финансированием физики высоких энергий в США в 2008 году все работы по этому проекту были временно заморожены, и судьба ILC остаётся неопределённой.

Ускорители Фермилаба

Файл:Fermi Rings.gif

Fermilab’s Accelerator Rings

На первой стадии ускорения протонов используется генератор Кокрофта — Уолтона. Первоначально ускорению подвергаются отрицательные ионы водорода H⁻ (они получаются в результате прохода газа водорода через контейнер с цезием). На следующем шаге ускорения используется линейный ускоритель (или линак), который ускоряет частицы до 400 МэВ, в результате ионы приобретают скорость около 70 % от скорости света. Перед входом в следующий ускоритель ионы H⁻ проходят через угольную фольгу, где теряют электроны и становятся протонами (или ионами H⁺).

Спутниковая фотография Фермилаб. Кольцевые структуры в нижнем левом углу (юго-восточный угол) — Главный инжектор и Теватрон

Следующий шаг — кольцо бустера. Бустер использует магниты для удержания пучка протонов на кольцевой орбите. Протоны в среднем пролетают через бустер 20 000 раз, увеличивая свою энергию на каждом круге (на определенных участках своего пути они ускоряются продольным электрическим полем). В результате протоны покидают бустер, имея энергию 8 ГэВ. Далее протоны летят в Главный инжектор. Этот ускоритель был построен в 1999 году, он выполняет три задачи: ускорение протонов, поставка протонов определённой энергии для производства антипротонов и ускоряет антипротоны, приходящие из антипротонного источника. Далее протоны и антипротоны поступают в Теватрон и ускоряются до номинальной энергии 980 ГэВ. Теватрон имеет длину 6,25 км и использует сверхпроводящие магниты для удержания пучка на круговой орбите. Протоны и антипротоны летят в противоположных направлениях со скоростью практически не отличающейся от скорости света. Физики управляют пучками так, что они пересекаются только в двух точках, где расположены огромные коллайдерные детекторы — D0 и CDF. На кольцах Теватрона и Главного инжектора есть несколько зон, где пучок выводится из ускорителей, там проводятся эксперименты с фиксированными мишенями.

Эксперименты, проводимые в настоящее время

• коллайдерные эксперименты:
  • D0
  • CDF
• эксперименты с фиксированной мишенью:
  • Charmonium (E760/E835)
  • DONUT (E872)
  • FOCUS (E831)
  • HyperCP (E871)
  • KTeV (E799/E832)
  • MIPP (E907)
  • NuSea (E866/E906)
  • NuTeV (E815)
  • SELEX (E781)
• эксперименты с нейтрино:
  • MiniBooNE
  • Sciboone
  • MINOS
• астрофизические эксперименты:
  • Dark Energy Survey (E939)
  • CDMS (E891)
  • SNAP
  • участие в проекте Обсерватории Пьер Оже (E881)
  • Sloan Digital Sky Survey (E885/E949)
  • COUPP Experiment (E961)
  • GammeV
• ускорительные эксперименты/программы:
  • NICADD Photoinjector Laboratory (E886)
  • Muon Ionization Cooling Experiment (MICE)
  • участие в постройке LHC
• приостановленные крупные проекты:
  • NOvA
  • ILC

Работа в Фермилабе

Современное положение дел в Фермилабе

Финансовые проблемы последних лет

За последние несколько лет рост бюджета Фермилаба был постоянно ниже уровня инфляции и лаборатория была вынуждена пойти на сокращение персонала (в 2005 году было уволено 100 сотрудников).^[2] В настоящее время основным проектом нового директора и администрации лаборатории является разработка и, в дальнейшем, строительство электрон-позитронного коллайдера ILC в Фермилабе. Однако, решением Конгресса США в 2008 году финансирование проекта ILC в США было урезано в 4 раза от запланированного. Это серьёзно уменьшает шансы Фермилаба построить этот ускоритель у себя. В 2008 году финансовое состояние лаборатории резко ухудшилось, и директор был вынужден объявить о предстоящем сокращении 10 % персонала.

CERN

В 2009 году Теватрон перестал быть самым высокоэнергичным коллайдером в мире, так как был запущен Большой адронный коллайдер (LHC) в европейской лаборатории CERN в Женеве (Швейцария). Этот ускоритель частиц имеет большие размеры по сравнению с Теватроном (его длина составляет 27 км) и может ускорять протоны до энергии 7 ТэВ. Это соответствует энергии столкновения 14 ТэВ, то есть более чем в 7 раз выше, чем у Теватрона. Хотя Фермилаб продолжает играть важную роль в будущем развитии физики высоких энергий, но уступил почётное звание лидирующей лаборатории в этой области науки.

Новая схема управления

1 ноября 2006 года Министерство энергетики США объявило, что Исследовательский альянс Ферми (ИАФ) будет управлять Фермилабом в течение 5 лет начиная с 1 января 2007 года. ИАФ организован, как партнёрство между Исследовательской ассоциацией университетов (URA) и Чикагским университетом. Если управление будет признано успешным, ИАФ сможет продлить контракт на управление Фермилабом на следующие 20 лет без проведения конкурса.^[3]

Проблемы с магнитами для LHC

27 марта 2007 произошёл серьёзный инцидент при тестировании магнитов, построенных Фермилабом для коллайдера LHC в CERN. Во время магнитных тестов на критическую нагрузку разрушилась система поддержки квадрупольного магнита (имеет длину 14 метров). В результате была повреждена система охлаждения ускорителя.^[4] Для решения возникших проблем понадобилось 3 месяца дополнительных работ.

См. также

• Scientific Linux
• CERN
• SLAC

Примечания

1. ↑ United States Department of Energy Safety and the Environment at Fermilab (2005). Архивировано из первоисточника 4 марта 2012. Проверено 6 января 2006.
2. ↑ United States Department of Energy Fermilab Today: Director's Corner (2005). Архивировано из первоисточника 4 марта 2012. Проверено 6 января 2006.
3. ↑ United States Department of Energy U.S. Department of Energy Awards Contract for Management and Operation of Fermi National Accelerator Laboratory to the Fermi Research Alliance, LLC (2006).(недоступная ссылка — история) Проверено 1 ноября 2006.
4. ↑ Bursting magnets may delay CERN collider project, Scientific American (2007-04-05). Проверено 15 мая 2007.

Ссылки

	Фермилаб на Викискладе?

• Fermi National Accelerator Laboratory
• Fermilab Today Daily newsletter
• Other Fermilab online publications
• A collection of fermilab facts and trivia
• Fermilab Virtual Tour
• Architecture at the Fermilab campus