Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), mis asub Chicago lähedal Batavias, Illinoisi osariigis, on USA energeetikaministeeriumi riiklik laboratoorium, mis on spetsialiseerunud kõrge energiaosakeste füüsikale. Alates 1. jaanuarist 2007 haldab Fermilabi Fermi Research Alliance, mis on Chicago ülikooli, Illinoisi tehnoloogiainstituudi ja ülikoolide teadusassotsiatsiooni (URA) ühisettevõte. Fermilab on oluline osa Illinoisi teadus- ja tehnoloogiapõhisest koridorist ning rahvusvaheliselt tuntud teaduskompleks.

Roll ja ajalugu

Fermilab loodi 1960. aastate lõpus suure energiaga osakeste kiirendamise ja uurimise keskuseks. Selle eesmärk oli arendada võimekust katseliseks uurimiseks, mis aitaks mõista aine põhistruktuuri, osakeste muutumisprotsesse ja fundamentaalseid loodusseadusi. Laboratoorium on tuntud nii suuremate kiirendite ja detektorite kui ka neutriinode ja muude inimtekkeliste kiirtega tehtavate eksperimentide poolest.

Tevatron – ajalooline osakeste kiirendi

Fermilabi Tevatron oli pikaaegne tippsaavutuse näide: see oli osakesekiirendi, mille ümbermõõt oli 6,3 km (3,9 miili) ning mis kuni sulgemiseni oli maailma suuruselt teine hadronite põrguti (CERNi suure hadronite põrguti ümbermõõt on 27 km). Tevatron lõpetas töö 30. septembril 2011. aastal. Selle tippajal võimaldas Tevatron läbimurdeid elementaarosakeste uuringutes — 1995. aastal teatasid kaks Fermilabori meeskonda (CDF ja DØ, mõlemad olid Tevatroni juures kasutatud detektorid) tippkvarki avastamisest, mis oli oluline samm Standardmudeli kinnitamisel.

Neutriino- ja fikseeritud sihtmärgiga eksperimendid

Lisaks suure energiaga kokkupõrkefüüsikale toetab Fermilab ulatuslikku neutriinouuringute programmi. Näideteks on:

  • MiniBooNE (Mini Booster Neutrino Experiment) – detektor on 12 m (40 jalga) läbimõõduga kera, mis sisaldab umbes 800 tonni mineraalõli ja on varustatud 1520 üheikese fototoruga. MiniBooNE registreerib igal aastal hinnanguliselt ~1 miljon neutriinosündmust ning on uurinud neutriinode osakestefüüsikat ja võimalikku uut füüsikat.
  • SciBooNE (SciBar Booster Neutrino Experiment) – paikneb samas neutriinokihis nagu MiniBooNE, pakkudes peenemaid jälgimisvõimalusi ja aidates täpsustada neutriinointeraktsioonide omadusi madalamatel energiatel.
  • MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) – kasutab Fermilabi NuMI (Neutrinos at the Main Injector) kiirt. See intensiivne neutriinokiir liigub umbes 455 miili (732 km) läbi Maa kuni Minnesotas asuva Soudani kaevanduse detektorini, võimaldades pika- ja lühimõõtmelisi võrdlusi neutriinoste läbimõõdu muutuste uurimiseks.

Lisaks neile on Fermilab seotud ka teiste pika-ajaliste programmidega nagu NOvA ning toetab rahvusvahelist koostööd suures ulatuses, näiteks valmistudes väga pika põhikoha neutriinoeksperimendi jaoks.

Tänapäeva projektid ja tulevikusuunad

Pärast Tevatroni sulgemist on Fermilab keskendunud neutriinodeuuringutele ja uute kiirendiinfrastruktuuride arendamisele. Olulised programmid hõlmavad NuMI ja sellega seotud katseid, samuti edasisi investeeringuid, nagu protoni parandamise ja moderniseerimise projektid (näiteks PIP-II), mis tõstavad Fermilabi suutlikkust toota intensiivseid prootonikiiri neutriinoeksperimentide jaoks. Fermilab osaleb ka rahvusvahelises koostöös väga suurte projektide arendamisel, et uurida neutriinode oscillatsioone, CP-rikkumist ja muid fundamentaalseid küsimusi.

Keskkond, haridus ja avalikkuse kaasamine

Fermilab on reserveerinud suure maa-ala ja osaliselt asuvad mitmed teaduslikud rajatised maa all. Laboratooriumi teadlased ja personal on teinud teadliku otsuse taastada osa Illinoisi algset preeriat ning luua looduslikke alasid ja haridusprogramme. Nad on alustanud karja taastamist Ameerika piisonid abil, et taastada preeria elustikku ja tutvustada kohalikku loodustuuri külastajatele. Fermilab Nature Areas on eraldi mittetulundusühing, mis haldab neid restauratsiooni- ja haridusprogramme ning koordineerib vabatahtlikke looduskaitseüritusi.

Laboratoorium panustab ka haridusse ja avalikkuse teadlikkusse läbi ekskursioonide, publikule suunatud programmide ning haridusliku keskuse kaudu — nii õpetajatele kui üliõpilastele pakutakse praktilisi ja teoreetilisi kursusi, et toetada teaduse populariseerimist ja järgmise põlvkonna teadlaste kasvatamist.

Muu huvitav

Asteroid 11998 Fermilab on nime saanud labori auks, mis peegeldab Fermilabi rahvusvahelist tuntust teadusliku panuse ja avastuste tõttu.

Fermilab jätkab tööd nii põhiküsimuste lahendamisel osakestefüüsikas kui ka teenuste ja tehnoloogiate arendamisel, mis toetavad laialdast teaduskoostööd ja haridust kogu maailmas.