Фермилаб
Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми (или более распространенное сокращение Фермилаб) расположена в городке Батавия недалеко от Чикаго в штате Иллинойс; принадлежит Департаменту по Энергии США; специализируется в исследованиях по физике 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-го 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 закончит свою работу в 2009 г.), расположенный в подземном кольцевом туннеле длиной 6.28 км. На 1 января 2007 г. этот коллайдер является ускорителем с самой большой в мире энергией пучков частиц. 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 г. открыт b-кварк
В 1994 г. открыт t-кварк
В 2000 г. заявлено об прямом наблюдении тау-нейтрино.
История
Решение о постройке Национальной ускорительной лаборатории было принято 1967 г. президентом Линдоном Джонсоном. В 1974 г. лаборатория была названа в честь Энрико Ферми. Первым директором был Фермилаба Роберт Р. Вилсон, известный физик и участник Манхеттеновского 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, имееющее уникальную форму, названо в честь Вилсона.
В 1978 г. Р.Вилсон 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 этот ускоритель был запущен (1983). В 1988 Л.Ледерман оставил свой пост и, в настоящее время является почётным директором лаборатории в отставке. Образовательный центр Фермилаба был назван в его честь.
С 1988 г. по 1998 г. 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 г. Теватрон был остановлен и началось строительство нового Главного Инжектора для Теватрона для серьёзного увеличения светимости ускорителя. С 1998 г. по 2005 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 директором Фермилаба стал Пьермариа Оддон.
Фермилаб является одним из возможных мест постройки следующего за LHC коллайдера — ILC. Однако, в результате проблем с финансированием физики высоких энергий в США в 2008 все работы по этому проекту были временно заморожены и судьба ILC остается неопределённой.
Ускорители Фермилаба
На первой стадии ускорения протонов используется генератор Кокрофта-Волсона. 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 скорости света. Перед входом в следующий ускоритель ионы H- проходят через угольную фольгу, где теряют электроны и становятся протонами (или ионами H+).
Следующий шаг — кольцо бустера. Бустер использует магниты для удержания пучка протонов на кольцевой орбите. Протоны в среднем пролетают бустер 20000 раз, увеличивая свою энергию на каждом круге (на каких-то 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, 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:
- эксперименты с фиксированной мишенью:
- 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:
- приостановленные крупные проекты:
Работа в Фермилабе
Современное положение дел в Фермилабе
Финансовые проблемы последних лет
За последние несколько лет рост бюджет Фермилаба был постоянно ниже уровня инфляции и лаборатория была вынуждена пойти на сокращение персонала (в 2005 г. 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 г. финансирование проекта ILC в США было урезано в 4 раза от запланированного. Это серьёзно уменьшает шансы Фермилаба стать хостом для этого ускорителя. В 2008 г. финансовое состояние лаборатории резко ухудшилось и директор был вынужден объявить о предстоящем сокращении 10 % персонала.
ЦЕРН
В 2008 г. Теватрон перестанет быть самым высокоэнергичным коллайдером в мире, так как будет запущен коллайдер LHC (Большой адронный коллайдер) в европейской лаборатории ЦЕРН в Женеве (Швейцария). Этот ускоритель частиц имеет большие размеры по сравнению с Теватроном (его длина состявляет 27 км) и он будет 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 будет продолжать играть важную роль в будущем развитии физики высоких энергий, он потеряет почётное звание лидирующей лаборатории в этой области науки.
Новая схема управления
1 ноября 2006 Департамент по Энергии США объявил о том, что Исследовательский Альянс Ферми (ИАФ) будет управлять Фермилабом в течение 5 лет начиная с 1 января 2007. ИАФ организован, как партнерство 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 ЦЕРН. 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.
Примечания
- ↑ United States Department of Energy. Safety and the Environment at Fermilab (2005). Дата обращения: 6 января 2006.
- ↑ United States Department of Energy. Fermilab Today: Director's Corner (2005). Дата обращения: 6 января 2006.
- ↑ 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). Дата обращения: 1 ноября 2006.
- ↑ "Bursting magnets may delay CERN collider project". Scientific American. 2007-04-05. Дата обращения: 15 мая 2007.
{{cite news}}: Проверьте значение даты:|date=(справка)
