Fermilab
(de
Fermi National Accelerator Laboratory
) e um
laboratorio
especializado em
fisica de particulas
de alta
energia
do
Departamento de Energia dos Estados Unidos
localizado em
Batavia
, proximo a
Chicago
, no
estado
de
Illinois
. Foi fundado em 1967 com o nome de
National Accelerator Laboratory
e em 1974 foi renomeado em homenagem a
Enrico Fermi
, um dos primeiros
fisicos
a estudar o fenomeno da
fissao nuclear
.
A partir do dia 1 de janeiro de 2007, o Fermilab passou a ser operado pela
Research Alliance Fermi
, uma empreitada conjunta entre a
Universidade de Chicago
e a "URA".
[
nota 1
]
O Fermilab e uma parte do Corredor de Tecnologia e Pesquisa de Illinois, uma area localizada no nordeste do estado. O corredor vai basicamente da rodovia interestadual 88 ate o
condado de DuPage
, mas muitas das empresas e centros de pesquisa estao localizados na area de Chicago.
O
acelerador de particulas
Tevatron do Fermilab e um marco na
fisica
; com seus 6,3 km (3,9 milhas) de circunferencia, e o segundo maior acelerador de particulas do mundo, depois do
Grande Colisor de Hadrons
(LHC) (com 27 km de circunferencia, localizado no
CERN
). Em 1995, os experimentos, CDF e DØ (detectores que utilizam o Tevatron) anunciaram a descoberta do
quark top
.
Alem do colisor de alta energia, o Fermilab hospeda experimentos menores de
colisoes
e de
neutrinos
, como o
MiniBooNE
e
MicroBooNE
(
Mini Booster Neutrino Experiment and Micro Booster Neutrino Experiment
),
SciBooNE
(
SciBar Booster Neutrino Experiment
) e
MINOS
(
Main Injector Neutrino Oscillation Search
). O detector MiniBooNE e uma esfera de 12 metros de diametro que contem 800 toneladas de oleo mineral revestidas com 1 520
fotomultiplicadores
. Estima-se que 1 milhao de eventos de neutrinos sao registrados a cada ano. O SciBooNE e a mais nova experiencia de neutrinos no Fermilab; ela se se assenta no mesmo feixe de neutrinos como o MiniBooNE, mas tem capacidade de rastreamento de granulacao fina. O experimento MINOS do Fermilab usa feixes no Injetor Principal de Neutrinos, que e um intenso feixe de neutrinos que viaja 732 km (455 mi) atraves da Terra ate a mina Soudan no estado de
Minnesota
.
Um pequeno rebanho de
bisoes
vive na propriedade do laboratorio desde sua fundacao, simbolizando a presenca do Fermilab na fronteira da fisica e da sua conexao com a
pradaria
americana.
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1
]
Alguns moradores temerosos acreditavam inicialmente que os bisoes teriam sido introduzidos a fim de servir como um bio-alarme, se e quando a radiacao no laboratorio alcancasse niveis perigosos, mas o Fermilab lhes assegurou que esse receio nao tinha fundamento.
[
2
]
Fermilab com os aneis do Tevatron.
O Fermilab e aberto a visitacao publica. Ele e palco de inumeros eventos culturais, nao so palestras publicas e simposios em ciencia, mas concertos de musica classica e contemporanea, danca folclorica e galerias de artes. Atualmente o local esta aberto a todos os visitantes do amanhecer ao anoitecer a quem apresentar identificacao com foto.
O laboratorio foi fundado no ano de 1967 como
National Accelerator Laboratory.
O primeiro acelerador do laboratorio produziu protons em abril de 1969 e estava lancando particulas subatomicas em uma camara de bolhas de 76 centimetros preenchida com hidrogenio liquido em 1972. Essas camaras rastreiam trilhas de bolhas deixadas por particulas em alta velocidade. O laboratorio comecou a atualizar para um detector de camara de 4,5 metros em 1973, o que ajudou no estudo de neutrinos e mostrou evidencias para os quarks superiores e inferiores
.
[
3
]
Ele foi rebatizado em homenagem ao fisico
italo
-
americano
Enrico Fermi
em 1974. O primeiro diretor do laboratorio foi Robert Wilson, sob o qual o laboratorio abriu antes do tempo e dentro do orcamento. Muitas das esculturas no local sao de sua criacao.
Depois Wilson deixou o cargo em 1978 para protestar contra a falta de financiamento para o laboratorio e, em seguida,
Leon Max Lederman
assumiu o cargo. Foi sob sua orientacao que o acelerador original foi substituido pelo Tevatron, um acelerador capaz de colisao entre
protons
e
antiprotons
com uma energia combinada de 1,96 TeV (eletron-Volt). Lederman deixou o cargo em 1989 e continuou sendo seu diretor emerito. O centro de educacao cientifica no local foi nomeado em sua honra.
Os diretores posteriores foram:
- John Peoples, 1989 a 1999;
- Michael S. Witherell, de julho de 1999 a junho de 2005;
- Piermaria Oddone, de julho de 2005 a julho de 2013;
[
4
]
- Nigel Lockyer, setembro de 2013 a abril de 2022;
- Lia Merminga, de abril de 2022 ate o momento.
A partir de 2014, a primeira fase do processo de aceleracao (injetor pre-acelerador) ocorre em duas fontes de
ions
que transformam
gas hidrogenio
para H-. O gas e introduzido dentro de um recipiente revestido com eletrodos de molibdenio, cada um, com um catodo em forma de caixa de fosforos de tamanho oval e um anodo circundante, separadas por 1 mm e mantida no lugar por isoladores de ceramica de vidro. Um poderoso
magnetron
gera um plasma para formar os ions perto da superficie do metal. Os ions sao acelerados pela fonte a 35 000 eV e acompanhado por transporte de feixe de baixa energia (LEBT) no quadrupolo de radiofrequencia (PDO), que aplica um campo eletrostatico de 750 keV, dando aos ions sua segunda aceleracao. Na saida de PDO, o feixe e compensado por meio de transporte de feixe de energia (MEBT) para a entrada no acelerador linear (LINAC).
A proxima etapa da aceleracao e no acelerador de particulas linear (LINAC). Esta fase consiste em dois segmentos. O primeiro segmento tem 5 camaras hermeticas para tubos de deriva, operando em uma frequencia de 201,0 MHz. A segunda fase tem 7 cavidades acopladas do lado, operando a 805 MHz. No final do LINAC, as particulas sao aceleradas ate atingirem 400 MeV, ou cerca de 70% da velocidade da luz. Imediatamente antes de entrar no proximo acelerador, os ions H- passam atraves de uma folha de carbono, tornando-se ions H+ (protons).
Os protons que resultam, em seguida, entrar no ringue impulsionador, um acelerador circular de 468 metros de circunferencia, cujos imas dobram os feixes de protons em torno de um caminho circular. Os protons viajam ao redor do impulsionador cerca de 20 000 vezes em 33 milissegundos, acrescentando energia com cada revolucao ate deixarem o impulsionador acelerado para 8 GeV.
A aceleracao final e aplicada pelo Injetor principal, que e o menor dos dois aneis na ultima imagem abaixo (em primeiro plano). Concluido em 1999, ele serve de rota para protons e para qualquer um dos experimentos instalados ao longo das linhas de feixe, acelerando-os a 120 GeV. Ate 2011, o Injetor principal fornecia protons para antiprotons no anel do Tevatron para maior aceleracao, mas agora fornece o ultimo empurrao antes de as particulas atingem as experiencias da linha do feixe.
-
Duas fontes de ions no centro com armarios eletronicos de alta tensao ao lado deles.
[
5
]
-
Direcao do feixe direita para a esquerda: RFQ (prata), MEBT (verde), primeiro linac tubo de deriva (azul)
[
5
]
-
Um amplificador de potencia 7835, que e usado na primeira etapa do LINAC.
[
6
]
-
Um
clistron
de 12 MW usado na segunda fase do LINAC.
-
Uma vista das cavidades de 805 MHz.
[
7
]
-
-
Entrada principal localizada no cruzamento da "Kirk Road" & "Pine Street" em Batavia, Illinois.
-
Wilson Hall
-
Fermilab (foto classica), "Computing Division" e edificio ao entardecer.
-
M.S. Robert Rathbun Wilson Hall
Notas
- ↑
"Universities Research Association" e um consorcio de 87 universidades principalmente orientadas a area de pesquisa, com membros do
Canada
,
Japao
,
Italia
e dos
Estados Unidos
, baseado na cidade de
Washington
.
Referencias
- ↑
Fermilab (30 de dezembro de 2005).
≪Safety and the Environment at Fermilab≫
. Consultado em 6 de janeiro de 2006
- ↑
Questions
at Fermilab
- ↑
Brookshire, Bethany (8 de agosto de 2019).
≪50 years ago, Fermilab turned to bubbles≫
.
Science News
(em ingles)
. Consultado em 16 de agosto de 2019
- ↑
Diretor do Fermilab anuncia plano para se aposentar
Arquivado em
4 de outubro de 2013, no
Wayback Machine
. (em ingles). Visitado em 17 de outubro de 2015.
- ↑
a
b
≪35 years of H- ions at Fermilab≫
(PDF)
.
Fermilab
. Consultado em 12 de agosto de 2015
- ↑
≪Fermilab Linac Slide Show Description≫
.
Fermilab
. Consultado em 12 de agosto de 2015
- ↑
May, Michael P.; Fritz, James R.; Jurgens, Thomas G.; Miller, Harold W.; Olson, James; Snee, Daniel (1990).
≪Mechanical Construction of the 805 MHz Side Couple Cavities for the Fermilab Linac Upgrade≫
(PDF)
.
Proceedings of the Linear Accelerator Conference 1990, Albuquerque, New Mexico, USA
. Consultado em 13 de agosto de 2015
- ↑
≪Wilson Hall & vicinity≫
.
Fermilab
. Consultado em 12 de agosto de 2015
Commons