Fermi National Accelerator Laboratory er et høyenergi-laboratorium innen fysikk. Det er oppkalt etter en pioner innen partikkelfysikk, Enrico Fermi og ligger 48 kilometer vest for Chicago. Det er hjemmet til en av verdens mest kraftige partikkelakseleratorer, Tevatronen, som blant annet ble brukt til å oppdage toppkvarken.
For mer informasjon:
Booster
Det er en kort lineær akselerator og en 95 meter lang booster akselerator. Hydrogen blir ionisert (elektronene fjernes) og protonene blir akselerert opp til 8 GeV før de går inn i hovedakseleratoren.
Produksjon av antiproton
Protoner blir skutt inn i et fast mål. De antiprotonene som blir funnet blant sluttpartiklene blir samlet inn i en lagringsring, og sendt i motsatt retning av protonene i hovedringen.
Tevatron
Hovedakseleratoren, en synkrotron med omkrets på ca. 6.4 kilometer. Vanlige og superledende magneter bøyer proton- og antiprotonstrålen i motsatt retning. Strålene passerer jevnlig forbi områder der partiklene akselereres av et elektrisk felt. Strålene med protoner og antiprotoner har begge 1 billion elektronvolt (TeV) slik at de lager kollisjoner med 2 TeV i massesentersystemet.
Kollisjonsdetektorene CDF og D0
Proton- og antiprotonstrålene blir styrt (med magneter) til å krysse hverandre i disse detektorene. I kollisjonene samler detektorene informasjon om partiklene som kommer ut av kollisjonen. CDF og D0 oppdaget toppkvarken.
Fast-mål-områder
Proton-, nøytrino- og mesonstråler blir styrt av magneter til å krysse i disse områdene. Detektorer lagrer informasjon om partiklene fra kollisjonene.
Hovedinnsprøyter
Størrelsen på hovedinnsprøyteren er ca. halvparten av hovedringen. Partiklene kommer inn i denne før de blir sprøytet inn i hovedringen. Den øker antallet protoner og antiprotoner som kolliderer ved høy energi, og forbedrer forholdene med en faktor fem på Tevatronen. Den ble ferdig i 1998, og er ikke vist på bildet.
Mer om hvordan Fermilab bruker superledende magneter for å få et sterkt magnetisk felt på en grei måte.
Innføringen av teknologien om superledende magneter har ført til at fysikere kan få høyere energier i sirkulære akseleratorer. En får høyere magnetiske felt på grunn av at det ikke er noe motstand i en superledende spole. I vanlige elektromagneter skaper motstanden varme i spolen og så mye energi går tapt i form av varme at strømprisen for å drive magnetene vil være veldig høy. Superledende spoler muliggjør magneter med høyere felt som er driftsikre og gir lavere strømregning.
Energien til den sirkulære akseleratoren ved Fermilab ble doblet når man byttet til superledende magneter. Akseleratoren som er under bygging på CERN, Large Hadron Collider, vil bruke superledende magneter for å føre strålen rundt i den 27 kilometer lange ringen. Takk til Fermilab som gir oss lov til å bruke bildene.