41°49′55″ с. ш. 88°15′26″ з. д.HGЯO

Фермилаб

Перейти к навигацииПерейти к поиску
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.
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 исследованийФизика элементарных частиц
Основана21 ноября 1967
Местонахождение Батавия, США
Официальный сайтfnal.gov
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе
Robert Rathbun Wilson Hall

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.

Основной исследовательской установкой Фермилаба являлся 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[англ.].

Основные научные результаты Фермилаба

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

На первой стадии ускорения протонов с конца 1960-х годов и до середины 2012 года использовались генераторы Кокрофта — Уолтона. Всего существовало два таких генератора, один из которых был резервным. С конца 2012 года на начальной стадии ускорения используется RFQ-ускоритель. Первоначально ускорению подвергаются отрицательные ионы водорода (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 отрицательные ионы водорода 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 определённых 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. (До создания Главного инжектора вместо него использовалось так называемое Главное кольцо (Main Ring), синхротрон на теплых магнитах, расположенный в тоннеле над Теватроном. В 1976 году на Главном кольце была получена рекордная энергия пучка 500 ГэВ.). Далее протоны и антипротоны поступали в Теватрон и ускорялись до номинальной энергии 980 ГэВ. Теватрон имел длину 6,25 км и использовал сверхпроводящие магниты для удержания пучка на круговой орбите. Протоны и антипротоны летели в противоположных направлениях со скоростью практически не отличающейся от скорости света. Физики управляли пучками так, что они пересекались только в двух точках, где были расположены огромные коллайдерные детекторы — D0 и CDF. На кольцах Теватрона и Главного инжектора существует 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:
  • 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
  • иные:

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 высокоэнергетичным 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].

Коллаборации

В Фермилабе действуют коллаборации DUNE, MicroBooNE[англ.].

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

Примечания

  1. ↑ United States Department of Energy. Safety and the Environment at Fermilab (2005). Дата обращения: 6 января 2006. Архивировано 4 марта 2012 года.
  2. ↑ United States Department of Energy. Fermilab Today: Director's Corner (15 марта 2005). Дата обращения: 6 января 2006. Архивировано 4 марта 2012 года.
  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 (1 ноября 2006). Дата обращения: 1 ноября 2006. Архивировано из оригинала 6 января 2007 года.
  4. ↑ "Bursting magnets may delay CERN collider project" (англ.). Scientific American. 2007-04-05. Архивировано 14 октября 2007. Дата обращения: 15 мая 2007.

Ссылки