Forschungseinrichtungen - Fermilab
Das Forschungszentrum Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) befindet sich in der Nähe von Chicago/USA. Es wurde nach dem Physiker Enrico Fermi benannt, der 1942 an der Universität in Chicago den ersten Atomreaktor konstruierte.
Der Hauptbeschleunigerring des Fermilab ist das Tevatron, das in der Luftaufnahme rechts als großer Kreis zu erkennen ist. Das kleinere Oval ist der neue Injektor (main-injektor), der 1999 fertiggestellt sein wird. Zu den wichtigsten Entdeckungen, die am Fermilab gemacht wurden, zählen:
- 1977 konnten Messergebnisse aufgezeichnet werden, die die Existenz des bottom-Quarks
 bewiesen.
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- 1995 wurde das top-Quark am CDF- und D0-Detektor des Fermilab entdeckt.
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Fermilab |
Die Beschleuniger des FERMILAB und ihr Verwendungszweck
Cockcroft-Walton
| Im Cockroft-Walton-Beschleuniger findet die erste Stufe der Beschleunigung statt. In diesem Gerät werden zuerst Elektronen an Wasserstoffatome gebunden. Anschließend werden diese einfach negativ geladenen Wasserstoffionen mittels Hochspannung beschleunigt. Sie besitzen beim Austritt aus dem Cockroft-Walton-Beschleuniger eine Energie von 750 keV und somit eine Geschwindigkeit von etwa 0,04 c. |
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Fermilab |
LINAC
| Der LINAC beschleunigt die negativ geladenen Wasserstoffionen von 750 keV auf 400 MeV (ca. 0,7 c) bevor sie in den Booster injiziert werden. |
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Fermilab
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Booster - Zwischenbeschleuniger
| Der Zwischenbeschleuniger ist ein Synchrotron mit einem Durchmesser von 150 m. Hier werden Wasserstoffatome ionisiert und die so entstandenen Protonen auf 8 GeV beschleunigt, bevor sie in den Hauptring injiziert werden. |
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Fermilab |
Antiprotonen Speicherring
| Durch Kollision von Protonen mit einem Target (z.B. Beryllium) werden Antiprotonen erzeugt. Diese werden im Speicherring gesammelt bis genügend vorhanden sind. Anschließend werden sie in das Tevatron geleitet und mit Protonen zur Kollision gebracht. |
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Fermilab |
Tevatron und Hauptring
Der Hauptring ist ein Synchrotron mit einem Umfang von 6,4 km. Im Hauptring, der im Bild oben zu sehen ist, werden 1000 konventionelle Magnete verwendet. Die Protonen und Antiprotonen werden im Hauptring auf eine Endenergie von 150 GeV beschleunigt. Danach werden sie in das Tevatron injiziert.
Das Tevatron ist im Bild ganz oben zu sehen. Es werden 1000 supraleitende Magnete verwendet, um die Protonen und Antiprotonen auf eine Kreisbahn zu zwingen. Die Schwerpunktsenergie der Teilchen bei der Kollision beträgt 2 TeV. |
Der Hauptring soll durch einen neuen Speicherring, den main-injector, ersetzt werden. Dieser wird tangential an den ursprünglichen Ring anschließen.
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Fermilab |
Auswahl einiger Experimente des FERMILAB
CDF - Collider Detektor at Fermilab
| Der CDF ist ein Universaldetektor , der entwickelt wurde, um die Kollision von Protonen und Antiprotonen bei einer Schwerpunktsenergie von 2 TeV zu untersuchen. Das Herzstück ist ein Magnet, dessen Länge und Durchmesser je 3 m beträgt. Im Inneren des Magneten befindet sich eine Drahtkammer. Um diesen Magneten sind mehrere Kalorimeter angeordnet. Der CDF wird zur Untersuchung der Quarks und der vier fundamentalen Kräfte verwendet. |
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Fermilab |
D0-Detektor
| Der D0-Detektor untersucht die bei der Kollision der Protonen mit Antiprotonen entstandenen Leptonen und Photonen. Im Zentrum des Detektors befindet sich eine Driftkammer. Die zweite Schicht bildet ein Kalorimeter mit Uran-Kupfer- Stahl als Absorptionsmaterial. Die äußerste Schicht besteht aus einer weiteren Driftkammer zur Detektierung von Müonen. Mit Hilfe eines Magnetensystems wird ein Magnetfeld zur Impulsbestimmung erzeugt. |
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Bild links:
Fermilab |
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