Share to: share facebook share twitter share wa share telegram print page

Fermilab

Fermi National Accelerator Laboratory
Fermilab'ın uydu görüntüsü. İki dairesel yapı, Ana Enjektör Halkası (küçük halka) ve Tevatron'dur (büyük halka).
Kuruluş21 Kasım 1967 (57 yıl önce) (1967-11-21) (National Accelerator Laboratory olarak)
Araştırma türüHızlandırıcı fiziği
Bütçe$546 milyon (2019)[1]
Araştırma alanı
Hızlandırıcı fiziği
DirektörLia Merminga
AdresP.O. Box 500
YerWinfield Township, DuPage County, Illinois, ABD
41°49′55″K 88°15′26″B / 41.83194°K 88.25722°B / 41.83194; -88.25722
Takma adFermilab
İştiraklerU.S. Department of Energy
University of Chicago
Universities Research Association
Leon Max Lederman
Websitefnal.gov
Harita
ABD Illinois üzerinde Fermilab
Fermilab
Fermi National Accelerator Laboratory konumu

Fermilab, Amerika Birleşik Devletleri'nde Chicago kenti yakınlarındaki Batavia'da yer alan bir parçacık fiziği laboratuvarıdır. 1967'de National Accelerator Laboratory (Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı) adıyla kurulmuş, 1974'te Nobel ödüllü fizikçi Enrico Fermi'nin anısına adı Fermi National Accelerator Laboratory olarak değiştirilmiştir.[2]

Fermilab'ın ev sahipliği yaptığı Tevatron parçacık hızlandırıcı 6,28 km'lik çevresiyle Avrupa Nükleer Araştırma Merkezinde (Cern) yer alan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndan sonraki en büyük parçacık hızlandırıcıdır. Bu parçacık hızlandırıcı 1995 yılında üst kuarkın keşfini sağlamıştır. Fermilab, yüksek enerjili çarpışma fiziği dışında MiniBooNE, SciBooNE ve MINOS gibi nötrino deneylerine de ev sahipliği yapmaktadır.

FermiLab'de ortaya çıkan buluşlar

Aşağıdaki parçacıklar ilk defa doğrudan FermiLab'de gözlemlenmiştir:

  • Üst kuark,[3] 1995 yılında DØ deneyi ve CDF deneyi tarafından duyurulmuştur.
  • Kuark-antikuark çifti olarak gözlemlenen alt kuark, Upsilon mezon[4] olarak adlandırılmış ve 1977'de Deney 228 tarafından duyurulmuştur.
  • DONUT işbirliği tarafından Temmuz 2000'de tau nötrino duyurulmuştur.[5]
  • 2008'de Fermilab'ın DØ deneyi tarafından alt Omega baryonu (Ω−b) duyurulmuştur.[6]

1999'da, KTeV deneyindeki fizikçiler aynı zamanda kaon bozunmalarında doğrudan CP ihlalini gözlemleyen ilk kişilerdi.[7]

DØ deneyi ve CDF deneyinin her biri, 2012'de duyurulan Higgs Bozonunun gözlemlenmesine önemli katkılarda bulunmuştur.[8]

FermiLab ile ortaklaşa çalışan kurumlar[9]

Tarihi

Weston, Illinois, Batavia'nın yanında, 1966'da köy yönetim kurulu tarafından Fermilab'a bir yer sağlamak için oylanarak kapatılan bir topluluktu.[10]

Laboratuvar 1969'da Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı olarak kuruldu;[11] 1974'te Enrico Fermi'nin onuruna yeniden adlandırıldı. Laboratuvarın ilk yöneticisi Robert Rathbun Wilson'dı ve laboratuvar zamanından önce ve bütçesi altında açıldı. Sitedeki heykellerin çoğu onun eseridir. Eşsiz şekli Fermilab'ın simgesi haline gelen ve kampüsteki faaliyetin merkezi olan, sitenin yüksek katlı laboratuvar binasının isim babasıdır.

Wilson, 1978'de laboratuvar için fon eksikliğini protesto etmek için istifa ettikten sonra, işi Leon M. Lederman üstlendi. Orijinal hızlandırıcının, 1.96 TeV birleşik enerjide protonları ve antiprotonları çarpıştırabilen bir hızlandırıcı olan Tevatron ile değiştirilmesi onun rehberliğindeydi. Lederman 1989'da istifa etti ve ölümüne kadar Fahri Direktör olarak kaldı. Sitedeki bilim eğitim merkezi onun onuruna seçildi.

Hızlandırıcıları

Tevatron

2008 yılında Cenevre, İsviçre yakınlarındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) başlatılmasından önce, Tevatron dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısıydı, protonları ve antiprotonları 980 GeV enerjilere hızlandırıyordu ve proton-antiproton çarpışmalarını şu enerjilerle üretiyordu: 1,96 TeV'ye kadar, bir "tera-elektron-volt" enerjiye ulaşan ilk hızlandırıcı.[12] 3,9 mil (6,3 km) ile çevredeki dünyanın dördüncü en büyük parçacık hızlandırıcısıydı. En önemli başarılarından biri, Tevatron'un CDF ve DØ dedektörlerini kullanan araştırma ekipleri tarafından duyurulan üst kuarkın 1995 yılında keşfedilmesiydi.[13] 2011 yılında kapatıldı.

FermiLab Hızlandırıcı Kompleksi

2013 yılından bu yana, Fermilab hızlandırıcı zincirindeki[14] hızlandırma işleminin (ön hızlandırıcı enjektörü) ilk aşaması, hidrojen gazını iyonize eden iki iyon kaynağında gerçekleşir. Gaz, her biri kibrit kutusu boyutunda, oval şekilli bir katot ve çevreleyen bir anot olan, 1 mm ile ayrılmış ve cam seramik yalıtkanlarla yerinde tutulan molibden elektrotlarla kaplı bir kaba verilir. Bir magnetron, metal yüzeye yakın iyonları oluşturmak için bir plazma üretir. İyonlar, kaynak tarafından 35 keV'ye hızlandırılır ve düşük enerjili ışın nakli (LEBT) ile radyo frekanslı dört kutuplu (RFQ) ile eşleştirilir. 750 keV elektrostatik alan iyonlara ikinci ivmelerini veriyor. RFQ'nun çıkışında ışın, orta enerjili ışın aktarımı (MEBT) ile doğrusal hızlandırıcının (linak) girişine eşleştirilir.

İvmenin bir sonraki aşaması doğrusal parçacık hızlandırıcıdır (linac). Bu aşama iki bölümden oluşmaktadır. İlk segment, 201 MHz'de çalışan beş sürüklenme tüpü boşluğuna sahiptir. İkinci aşamada, 805 MHz'de çalışan, yan bağlantılı yedi boşluk vardır. Lineak'ın sonunda, parçacıklar 400 MeV'ye veya ışık hızının yaklaşık %70'ine kadar hızlandırılır. Bir sonraki hızlandırıcıya girmeden hemen önce, H- iyonları bir karbon folyodan geçerek H+ iyonları (protonlar) haline gelir.[15]

Ortaya çıkan protonlar daha sonra, mıknatısları proton ışınlarını dairesel bir yol etrafında büken 468 m (1.535 ft) çevre dairesel bir hızlandırıcı olan destek halkasına girer. Protonlar, Booster'ın etrafında 33 milisaniyede yaklaşık 20.000 kez dolaşır ve Booster'dan 8 GeV hızlanana kadar her dönüşte enerji ekler.[15] 2021'de laboratuvar, en yeni süper iletken YBCO mıknatısının alan gücünü saniyede 290 tesla oranında artırabileceğini ve yaklaşık 0,5 tesla'lık bir tepe manyetik alan gücüne ulaşabileceğini duyurdu.[16]

Son hızlanma, aşağıdaki son resimde (ön plan) iki halkadan daha küçük olan Ana Enjektör [çevre 3.319,4 m (10.890 ft)] tarafından uygulanır. 1999'da tamamlanan bu sistem, protonları 120 GeV'ye hızlandırdıktan sonra ışın hatları boyunca kurulan deneylerden herhangi birine yönlendirebildiği için Fermilab'ın "parçacık şalt sahası" haline geldi. 2011 yılına kadar, Ana Enjektör antiproton halkasına [çevre 6.283,2 m (20.614 ft)] protonlar ve daha fazla hızlanma için Tevatron sağladı, ancak artık parçacıklar ışın hattı deneylerine ulaşmadan önceki son itişi sağlıyor.

  • Fermi Laboratuvarının 50 ft Çapındaki Süper İletken Elektromıknatısı
    Fermi Laboratuvarının 50 ft Çapındaki Süper İletken Elektromıknatısı
  • Çarpıştırıcı Dedektörü (CDF)
    Çarpıştırıcı Dedektörü (CDF)
  • Parçacık Hızlandırıcı Halka
    Parçacık Hızlandırıcı Halka
  • Fermilab, ABD endüstrisi ve Avrupa ve Japonya'daki laboratuvarlarla işbirliği içinde, eksi 450 Fahrenheit dereceye kadar soğutulan süper iletken hızlandırıcı bileşenlere dayalı bir test hızlandırıcı inşa ediyor.
    Fermilab, ABD endüstrisi ve Avrupa ve Japonya'daki laboratuvarlarla işbirliği içinde, eksi 450 Fahrenheit dereceye kadar soğutulan süper iletken hızlandırıcı bileşenlere dayalı bir test hızlandırıcı inşa ediyor.

Kampüsü

Erişim

2010'ların sonlarında ve 2020'lerin başlarında Fermilab yönetimi, halkın ve bilim adamlarının Fermilab sitesine erişimine ciddi kısıtlamalar getirmeye başladı. Nisan 2023'ün sonunda, kısıtlamalar o kadar zahmetli hale geldi ki, 2300'den fazla fizikçi ve laboratuvar ziyaretçisi, "Fermilab'ı yeniden açmak için seçilmiş temsilcilere açık bir dilekçe" imzaladı.[17] Dilekçede şunlar belirtildi: "Erişim politikası değişiklikleri, Fermilab'ın temel işleyişinin yanı sıra bilimsel sürecin kritik yönlerini baltalıyor. Araştırma toplantılarına ev sahipliği yapmak, olası çalışanlarla röportaj yapmak, laboratuvar dışında bilim insanlarıyla işbirliği yapmak ve etkililiğiyle ünlü eğitim programlarımızı hayata geçirmek engellendi.” Dilekçede genel halkla ilgili olarak şu ifadeler yer aldı: “Bugün, genel halkın erişime yalnızca izin veriliyor. ana yol ve giderek daha sıkı hale gelen kimlik gereklilikleri ile yakında kapıları turistlere ve hatta bazı göçmenlere kapatılacak. Artık tesis çevresinde serbestçe araç veya bisiklet kullanamıyoruz. Köpek parkı, en üst kattaki sergileriyle Wilson Hall ve diğer alanlara artık genel olarak erişilemiyor. Halka açık olan balıkçılık ve diğer faaliyetler iptal edilmiştir.” Dilekçe, erişim politikalarının daha önce laboratuvarı yöneten açık laboratuvar modeline döndürülmesini ısrarla talep etti.

Mimarisi

Fermilab'ın ilk yöneticisi Robert Wilson, sitenin estetik görünümünün bir dizi beton blok bina tarafından bozulmaması konusunda ısrar etti. İdari binanın (Wilson Hall) tasarımı, Brutalist tarzda gerçekleştirilmesine rağmen, Fransa'nın Beauvais kentindeki St. Pierre Katedrali'nden[18] esinlenmiştir. Fermilab koruma alanındaki birçok bina ve heykel, yapılarının bir parçası olarak çeşitli matematiksel yapıları temsil ediyor.

Arşimet Spirali, birkaç pompa istasyonunun yanı sıra MINOS deneyini barındıran binanın tanımlayıcı şeklidir. Wilson Hall'daki yansıtan gölet, Wilson tarafından tasarlanan 32 fit yüksekliğinde (9,8 m) hiperbolik bir dikilitaşı da sergiliyor. Laboratuvarın arazisinden güç taşıyan bazı yüksek voltajlı iletim hatları, Yunanca π harfini yansıtacak şekilde inşa edilmiştir. DNA çift sarmal sarmalının yapısal örnekleri ve jeodezik küreye bir selam da bulunabilir.

Wilson'ın sitedeki heykelleri arasında Tevatron çarpıştırıcısından geri dönüştürülen parçalardan ve malzemelerden inşa edilen Sanayi Kompleksi yakınında bağımsız bir çelik boru düzenlemesi olan Tractricious ve Pine Street girişinden kampüse girenleri karşılayan yükselen Broken Symmetry yer alıyor.[19] Ramsey Oditoryumunu taçlandırmak, çapı 2,4 m'den (8 fit) fazla olan Möbius şeridinin bir temsilidir. Ayrıca erişim yollarına ve köye dağılmış, tamamı maviye boyanmış devasa bir hidrolik pres ve eski manyetik muhafaza kanalları var.

Yaban Hayatı

1967'de Wilson sahaya beş Amerikan bizonu, bir boğa ve dört inek getirdi ve Illinois Koruma Departmanı tarafından ek olarak 21 tane daha sağlandı.[20] Yerel halk, ilk başta bizonların laboratuvardaki radyasyon tehlikeli seviyelere ulaştığında bir alarm görevi görmesi için sokulduğuna inandı, ancak Fermilab tarafından bu iddianın hiçbir değeri olmadığına dair güvence verildi. Bugün Fermilab bizon sürüsü, birçok ziyaretçiyi çeken popüler bir cazibe merkezidir[21] ve arazi aynı zamanda diğer yerel yaban hayatı popülasyonları için bir sığınaktır.[22] 1976'dan beri laboratuvarda her yıl Noel Kuş Sayımı yapılmaktadır.

Deneyler

  • Tevatron proton-antiproton çarpıştırıcı: D0 ve Fermilab çarpıştırıcı algılayıcısı
  • MiniBooNE: Mini Booster Neutrino Experiment - Mini Booster Nötrino Deneyi
  • Sciboone: SciBar Booster Neutrino Experiment - Scibar Booster Nötrino Deneyi
  • MINOS: Main Injector Neutrino Oscillation Search - Ana Enjektör Nötrino Titreşim Araştırması
  • MIPP: Main Injector Particle Production - Ana Enjektör Parçacık Üretimi

Kaynakça

  1. ^ "DOE FY20 Budget Justification". 20 Ekim 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Ekim 2019. 
  2. ^ "Fermilab | Home". www.fnal.gov. 26 Aralık 1996 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  3. ^ Johnson, George (5 Mart 1995). "Feb.26-March 4; Physicists Weigh In: The Quark Is a Porker". The New York Times (İngilizce). ISSN 0362-4331. 10 Mayıs 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  4. ^ "Fermilab | History and Archives | Experiments & Discoveries". history.fnal.gov. 20 Mart 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  5. ^ leah (20 Temmuz 2000). "Physicists Find First Direct Evidence for Tau Neutrino at Fermilab". News (İngilizce). 2 Şubat 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  6. ^ leah (3 Eylül 2008). "Fermilab physicists discover "doubly strange" particle". News (İngilizce). 27 Nisan 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  7. ^ leah (1 Mart 1999). "Fermilab Physicists Find New Matter-Antimatter Asymmetry". News (İngilizce). 2 Şubat 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  8. ^ leah (2 Temmuz 2012). "Tevatron scientists announce their final results on the Higgs particle". News (İngilizce). 28 Ekim 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  9. ^ "Partner with us". Fermilab Quantum Institute (İngilizce). 19 Ekim 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  10. ^ "Weston Information". history.fnal.gov. 22 Şubat 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  11. ^ "The founding of Fermilab". CERN Courier (İngilizce). 19 Mayıs 2017. 24 Eylül 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  12. ^ "Physics". arxiv.org. 22 Temmuz 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  13. ^ Bandurin, D.; Bernardi, G.; Gerber, C.; Junk, T.; Juste, A.; Kotwal, A.; Lewis, J.; Mesropian, C.; Schellman, H.; Sekaric, J.; Toback, D. (28 Şubat 2015). "Review of physics results from the Tevatron". International Journal of Modern Physics A. 30 (06): 1541001. doi:10.1142/S0217751X15410018. ISSN 0217-751X. 10 Mayıs 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  14. ^ "FermiLab Accelerator Complex". 22 Mart 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  15. ^ a b "Fermilab | Tevatron | Accelerator". www.fnal.gov. 13 Mayıs 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  16. ^ "Next-gen particle accelerator magnet ramps up at record speed". New Atlas (İngilizce). 2 Aralık 2021. 2 Aralık 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  17. ^ "Calling all friends of Fermilab". www.reopenfermilab.com (İngilizce). 28 Nisan 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  18. ^ "Starting Fermilab". 10 Şubat 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  19. ^ "Fermilab | History and Archives | Welcome". history.fnal.gov. 11 Mart 2005 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  20. ^ leah (27 Ocak 2016). "The genetic purity and diversity of the Fermilab bison herd". News (İngilizce). 12 Kasım 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  21. ^ "About Fermilab - Safety". web.archive.org. 26 Eylül 2006. 7 Şubat 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 
  22. ^ "About Fermilab - The Fermilab Campus". web.archive.org. 1 Mart 2003. 1 Mart 2003 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2023. 

Dış bağlantılar
Kembali kehalaman sebelumnya