Fermilab

Sejarah

Antara Perang Dunia II dan tahun 1960-an, pemerintah federal mendanai akselerator partikel yang berbeda di universitas-universitas yang bersaing untuk membangun eksperimen fisika energi tinggi. Yang paling terkenal adalah Stanford Linear Accelerator (SLAC), yang mengirim partikel dalam garis lurus, Brookhaven National Laboratory di SUNY Stoney Brook dan sinkrotron Cornell University, yang mengirim partikel dalam lingkaran agar magnet yang sama bekerja pada partikel berkali-kali. Pada tahun 1960-an, biaya membangun penghancur atom yang lebih besar terlalu tinggi untuk mendanai masing-masing kampus, dan ukuran cincin untuk akselerator melingkar berikutnya akan terlalu besar untuk muat di kampus perguruan tinggi yang ada. Jadi, pemerintah federal memutuskan untuk memulai lokasi baru yang akan dijalankan oleh fisikawan dari beberapa universitas. Mereka mengadakan kompetisi untuk memilih lokasi, tetapi para politisi memperjuangkan agar lokasi tersebut berada di Illinois.

Weston, Illinois adalah sebuah komunitas di sebelah Batavia. Itu adalah subdivisi rumah pra-fabrikasi yang dimulai pada awal 1960-an. Penjualan sangat lambat, sehingga para pengembang tanah mencoba menarik Fermilab untuk menjadi perusahaan baru di tepi kota baru. Namun, ternyata jumlah lahan yang dibutuhkan akan menelan seluruh kota. Jadi, kota memilih untuk menjual semua tanah, termasuk rumah-rumah yang telah dibangun ke Fermilab. Kota itu kemudian dibubarkan.

Laboratorium ini didirikan pada tahun 1967 sebagai Laboratorium Akselerator Nasional; namanya diubah untuk menghormati Enrico Fermi pada tahun 1974. Direktur pertama laboratorium ini adalah Robert Rathbun Wilson. Wilson membuat banyak patung di kampus. Dia dianggap bertanggung jawab atas penyelesaiannya lebih cepat dan di bawah anggaran. Bangunan laboratorium bertingkat tinggi di lokasi, yang bentuknya unik telah menjadi simbol untuk Fermilab, dinamai untuk menghormatinya, dan merupakan pusat kegiatan di kampus.

Sebelum bangunan baru selesai dibangun, para ilmuwan pindah ke rumah-rumah di Weston dan juga memindahkan semua rumah pertanian di Fermilab ke lokasi itu untuk digunakan sebagai ruang kantor. Mereka mengganti nama Weston menjadi "Desa Fermilab". Tempat ini masih menjadi rumah bagi para ilmuwan yang berkunjung.

Wilson membawa tim yang telah membangun sinkrotron Cornell untuk membantu membangun akselerator 200 GeV asli. Dua penemuan penting membuat akselerator ini menjadi usang: magnet superkonduktor dan menggunakan cincin akselerator yang sama untuk mengirim dua kelompok partikel ke arah yang berlawanan sehingga ketika bertabrakan, mereka akan memiliki energi dua kali lipat.

Setelah Wilson mengundurkan diri pada tahun 1978 untuk memprotes kurangnya dana untuk lab, Leon M. Lederman mengambil pekerjaan itu. Di bawah bimbingannya, akselerator asli diganti dengan akselerator Tevatron. Akselerator baru ini mampu menabrakkan proton dan antiproton pada energi gabungan 1,96 TeV. Lederman mengundurkan diri pada tahun 1988 dan tetap menjadi Direktur Emeritus. Pusat pendidikan sains di lokasi (yang melayani siswa dan masyarakat umum) dinamai untuk menghormatinya.

Dari tahun 1988 hingga 1998, laboratorium dijalankan oleh John Peoples. Sejak saat itu hingga 30 Juni 2005, lab ini dijalankan oleh Michael S. Witherell. Pada tanggal 19 November 2004, Piermaria Oddone, sebelumnya dari Lawrence Berkeley National Laboratory di California, diumumkan sebagai direktur terbaru Fermilab. Oddone memulai masa jabatannya sebagai direktur pada 1 Juli 2005.

Fermilab terus berpartisipasi dalam pekerjaan di LHC termasuk melayani sebagai situs Tier 1 di Worldwide LHC Computing Grid. Negara Bagian Illinois mendanai gedung Pusat Penelitian Akselerator Illinois yang baru di Fermilab untuk para ilmuwan dan mitra industri.

Robert Rathbun Wilson Hall

Akselerator

Tahap pertama dalam proses akselerasi berlangsung dalam generator Cockcroft-Walton. Ini melibatkan pengambilan gas hidrogen dan mengubahnya menjadi ion H⁻ dengan memasukkannya ke dalam wadah yang dilapisi dengan elektroda molibdenum: katoda berbentuk oval seukuran kotak korek api dan anoda di sekitarnya, yang dipisahkan oleh 1 mm dan ditahan oleh isolator keramik kaca. Sebuah magnetron digunakan untuk menghasilkan plasma untuk membentuk H⁻ dekat permukaan logam. Medan elektrostatik 750 keV diterapkan oleh generator Cockcroft-Walton, dan ion-ion dipercepat keluar dari wadah. Langkah berikutnya adalah akselerator linier (atau linac), yang mempercepat partikel hingga 400 MeV, atau sekitar 70% kecepatan cahaya. Tepat sebelum memasuki akselerator berikutnya, ion H⁻ melewati foil karbon, menjadi ion H⁺ (proton).

Langkah berikutnya adalah cincin booster. Booster ring adalah akselerator melingkar lingkar 468 m yang menggunakan magnet untuk membelokkan berkas proton dalam jalur melingkar. Proton yang berasal dari Linac bergerak mengelilingi Booster sekitar 20.000 kali dalam 33 milidetik sehingga mereka berulang kali mengalami medan listrik. Dengan setiap revolusi, proton mengambil lebih banyak energi, meninggalkan Booster dengan 8 GeV. Main Injector adalah mata rantai berikutnya dalam rantai akselerator. Selesai pada tahun 1999, ia telah menjadi "switchyard partikel" Fermilab dengan tiga fungsi: mempercepat proton, mengirimkan proton untuk produksi antiproton, dan mempercepat antiproton yang berasal dari sumber antiproton. Akselerator terakhir adalah Tevatron. Itu adalah akselerator partikel paling kuat kedua di dunia (Large Hadron Collider CERN menjadi yang paling kuat). Bepergian dengan kecepatan hampir kecepatan cahaya, proton dan antiproton mengitari Tevatron dalam arah yang berlawanan. Fisikawan mengkoordinasikan balok-balok sehingga mereka bertabrakan di pusat dua detektor 5.000 ton DØ dan CDF di dalam terowongan Tevatron pada energi 1,96 TeV, mengungkapkan kondisi materi di alam semesta awal dan strukturnya pada skala terkecil. Tevatron sedang diubah menjadi museum.

Akselerator linier juga memiliki fasilitas perawatan medis. Dokter mengobati penderita kanker dengan menembakkan proton atau neutron dari akselerator ke dalam tumor mereka.

Cincin akselerator Fermilab

Eksperimen

• Interferometer Holometer
• Penumbuk proton-antiproton Tevatron: DØ dan Detektor Kolider di Fermilab
• MiniBooNE: Eksperimen Mini Booster Neutrino
• Sciboone: Eksperimen Neutrino Penguat SciBar
• MINOS: Pencarian Osilasi Neutrino Injector Utama
• MINERνA: EkspeRimen Injektor Utama dengan νs pada As
• NOνA: NuMI Off-axis ν_e Penampilan
• MIPP: Produksi Partikel Injector Utama