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Luftbild des Fermilab

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Bericht über geplanten linearen Protonenbeschleuniger

Das Fermi National Accelerator Laboratory oder kurz Fermilab ist ein Forschungszentrum für Teilchenphysik, das vom US-amerikanischen Department of Energy betrieben wird. Es liegt etwa 50 Kilometer westlich von Chicago in Illinois, auf dem Gebiet der Gemeinde Batavia und beherbergt das Tevatron, das am 30. November 2009 vom Large Hadron Collider als energiereichster Teilchenbeschleuniger der Welt abgelöst wurde.

Geschichte |

Das Fermilab wurde 1968 ursprünglich als National Accelerator Laboratory gegründet. Gründungsdirektor war Robert R. Wilson, der das Labor bis 1978 leitete. Nach ihm ist auch das 16-stöckige Hauptgebäude des Fermilab benannt (Wilson Hall, umgangssprachlich auch als High Rise bezeichnet), das der gotischen Kathedrale Saint-Pierre in Beauvais, Frankreich nachempfunden wurde. Den heutigen Namen hat es 1974 zu Ehren von Enrico Fermi erhalten. Das Fermilab beschäftigt derzeit rund 2200 Mitarbeiter und ist das führende Forschungsinstitut für Proton-Antiproton-Kollisionen mit den zwei Detektoren CDF und D0-Experiment.

Am Fermilab wurden das Bottom-Quark (1977), das Top-Quark (1995) und das Tau-Neutrino (2000) entdeckt.

Nach der Amtszeit Robert Wilsons wurde das Institut von folgenden Direktoren geleitet:

• 
  Leon Max Lederman (1978–1989),


• 
  John Peoples (1989–1999),


• 
  Michael Witherell (1999–2005) sowie


• 
  Pier J. Oddone (seit 2005)

Aufbau |

Es besteht im Wesentlichen aus zwei Beschleunigerringen:

• dem Hauptring (Main Injector), der Teilchen bis 200 GeV beschleunigt. Dieser lief jedoch in den Jahren 1974–1982 auch mit 400 GeV, bis 1983 der zweite Beschleunigerring, das Tevatron, fertiggestellt wurde.


• Das Tevatron beschleunigt Teilchen bis zu 980 GeV (jeweils Protonen und Antiprotonen mit einer dementsprechenden Schwerpunktsenergie von rund 2 TeV) und hat einen Umfang von 6,5 Kilometern.

An zwei Wechselwirkungspunkten wurden die Protonen und Antiprotonen zur Kollision gebracht. Dort befinden sich die Detektoren D0 und CDF. Bei den Kollisionen wurden Zustände erreicht, wie sie kurz nach dem Urknall geherrscht haben. Die Experimente lieferten einen genaueren Aufschluss über den Aufbau der Materie. Unter anderem versuchte man, das Higgs-Boson nachzuweisen, welches im Standardmodell der Elementarteilchenphysik vorhergesagt wird. Trotz Hinweisen auf dieses Teilchen konnte es nicht eindeutig entdeckt werden. Durch die Existenz des Higgs-Bosons könnte die Masse der Elementarteilchen erklärt werden.

Das Tevatron wurde Ende 2011 stillgelegt und das Fermilab beteiligt sich an Experimenten am LHC des CERN.

Weitere Experimente neben dem Tevatron und geplante Experimente |

Am Fermilab laufen mehrere Experimente zur Neutrinophysik, MiniBooNE (Mini Booster Neutrino Experiment), SciBooNE (SciBar Booster Neutrino Experiment) und MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), der den intensiven Neutrinostrahl NuMI (Neutrinos at the Main Injector) auf einen Detektor in der Soudan-Mine lenkt, und dessen Nachfolger NOνA (der den Neutrinostrahl 800 km in eine Mine in Minnesota lenken soll).

In Planung sind unter anderem ein Protonen-Linearbeschleuniger hoher Intensivität (Proton Improvement Plan-II, PIP-II), derVorlage:Zukunft/In 4 Jahren Anfang der 2020er Jahre starten soll,^[1] das Mu2e Experiment (das nach Flavor verletzender Umwandlung von Myonen in Elektronen suchen soll, erste vorläufige Ergebnisse werden für 2020 erwartet)^[2] und die LBNF (Large Baseline Neutrino Facility),^[3] die als Teil des Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) einen Neutrinostrahl 1300 Kilometer weit zu einem unterirdischen Detektor in der Homestake-Mine in Lead (South Dakota) schicken soll (wo schon das Homestake-Experiment stattfand).

Seit 2014 ist das Fermilab Holometer in Betrieb, ein Interferometerexperiment, mit dem Fluktuationen der Raumzeit untersucht werden. Die ersten Resultate wurden 2016 publiziert.^[4]

Sonstiges |

Weite Teile des Fermilabgeländes sind unbebautes Land mit mehreren größeren Seen, die der Kühlwasserversorgung dienen. Auf einer Fläche von rund vier Quadratkilometern wurde die ursprüngliche Prärievegetation Illinois’ wiederhergestellt. Auf Weiden innerhalb des Fermilab-Geländes wird eine Bison-Herde von etwa 50 Tieren gehalten. Das Gebiet des Labors dient auch der Bevölkerung zur Naherholung. Als Konsequenz der Terroranschläge am 11. September 2001 wurde es vorübergehend für die Öffentlichkeit ganz geschlossen, ist zurzeit aber wieder uneingeschränkt geöffnet.

Die jährlichen Stromkosten des Fermilab belaufen sich auf 12 bis 18 Millionen US-Dollar.

Weblinks |

 Commons: Fermilab – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• Offizielle Website


• Homepage des D0-Experiments


• Homepage des CDF-Experiments


• U.S. Department of Energy: Fermi Site Office

Einzelnachweise |

1. 
   ↑ Proton Improvement Plan-II. Fermilab, abgerufen am 5. Februar 2018. 
   


2. 
   ↑ Mu2e: muon-to-electron-conversion experiment. Fermilab, abgerufen am 5. Februar 2018. 
   


3. 
   ↑ Facility for the Deep Underground Neutrino Experiment. Fermilab, abgerufen am 5. Februar 2018. 
   


4. 
   ↑ Holometer. Fermilab, abgerufen am 5. Februar 2018. 
   

41.832777777778-88.252222222222Koordinaten: 41° 49′ 58″ N, 88° 15′ 8″ W