费米国立加速器实验室

在第二次世界大战至20世纪60年代期间，联邦政府资助了竞争大学的不同粒子加速器，以建立高能物理实验。最著名的是斯坦福直线加速器（SLAC），它将粒子直线发送，纽约州立大学石溪分校的布鲁克海文国家实验室和康奈尔大学同步加速器，它将粒子绕着圈子发送，让相同的磁铁多次对粒子起作用。到了20世纪60年代，建造更大的原子粉碎机的成本太高，无法为每个单独的校园提供资金，而且下一个圆形加速器的环形尺寸也太大，无法在现有的大学校园里安装。于是，联邦政府决定启动一个新的地点，由几所大学的物理学家来管理。他们举行了选址竞赛，但政客们争取在伊利诺伊州选址。

伊利诺斯州韦斯顿是巴达维亚旁边的一个社区。这是一个在20世纪60年代初开始的预制房屋的分区。销售非常缓慢，所以土地开发商试图吸引费米实验室成为新城镇边缘的新雇主。然而，事实证明，所需的土地数量将吞噬整个小镇。于是，小镇投票决定将所有的土地，包括已建好的房屋卖给Fermilab。小镇就这样解散了。

该实验室成立于1967年，原名为国家加速器实验室；1974年为纪念恩里科-费米而更名。实验室的第一任主任是罗伯特-拉斯本-威尔逊。威尔逊制作了许多园区内的雕塑。他被认为是负责提前完成并低于预算。场地上的高层实验楼以他的名字命名，其独特的造型已成为费米实验室的象征，是园区的活动中心。

在新的建筑还没有完工之前，科学家们就搬进了韦斯顿的房子，还把费米实验室的所有农舍都搬到了那个地方，作为办公场所。他们把韦斯顿改名为"费米实验室村"。它仍然容纳着来访的科学家。

威尔逊请来了建造康奈尔同步加速器的团队，帮助建造最初的200GeV加速器。两项重要的发明使这个加速器过时了：超导磁铁和使用同一个加速器环将两组粒子向相反的方向发射，这样当碰撞时，它们就会有两倍的能量。

1978年威尔逊因抗议实验室缺乏资金而下台后，莱昂-M-莱德曼接过了这份工作。正是在他的指导下，原来的加速器被替换为Tevatron加速器。新的加速器能够以1.96TeV的综合能量碰撞质子和反质子。莱德曼于1988年卸任，仍为名誉主任。现场的科学教育中心（服务于学生和公众）以他的名字命名。

从1988年到1998年，该实验室由John Peoples管理。从那时起至2005年6月30日，实验室由Michael S. Witherell管理。2004年11月19日，原加州劳伦斯伯克利国家实验室的Piermaria Oddone被宣布为Fermilab的最新主任。Oddone于2005年7月1日开始担任主任。

费米实验室继续参与大型强子对撞机的工作，包括作为全球大型强子对撞机计算网的一级站点。伊利诺伊州正在资助费米实验室为科学家和工业伙伴建造一座新的伊利诺伊加速器研究中心大楼。

加速过程的第一阶段发生在科克罗夫特-沃尔顿发生器中。它包括将氢气引入一个内有钼电极的容器中，将其转化为H^-离子：一个火柴盒大小的椭圆形阴极和周围的阳极，阴极和阳极之间相隔1毫米，由玻璃陶瓷绝缘体固定。磁控管用于产生等离子体，在金属表面附近形成H^-。由Cockcroft-Walton发生器施加750keV的静电场，离子被加速出容器。下一步是直线加速器（或linac），它将粒子加速到400MeV，或光速的70%左右。就在进入下一个加速器之前，H^-离子通过碳箔，成为H⁺离子（质子）。

下一步是助推环。助推环是一个周长468米的圆形加速器，它利用磁铁将质子束弯曲成圆形路径。从Linac来的质子在33毫秒内绕助推器行驶约20000次，使它们反复经历电场。每转一圈，质子就会吸收更多的能量，使增压器的能量达到8GeV。主喷射器是加速器链条上的下一个环节。它于1999年建成，成为费米实验室的"粒子开关场"，有三个功能：它加速质子，它为反质子生产输送质子，它加速来自反质子源的反质子。最后一个加速器是Tevatron。它是世界上第二强大的粒子加速器（欧洲核子研究中心的大型强子对撞机是最强大的）。质子和反质子以几乎光速飞行，以相反的方向绕着Tevatron旋转。物理学家协调光束，使它们在能量为1.96TeV的Tevatron隧道内的两个5000吨级探测器DØ和CDF的中心发生碰撞，揭示早期宇宙的物质状况及其最小尺度的结构。Tevatron正在被改造成一个博物馆。

直线加速器还有一个医疗设施。医生通过将加速器中的质子或中子射入肿瘤来治疗癌症患者。

• 霍尔计干涉仪
• Tevatron质子-反质子对撞机。费米实验室的DØ和对撞机探测器。
• MiniBooNE：迷你助推器中微子实验
• Sciboone：SciBar Booster中微子实验
• MINOS：主喷射器中微子振荡搜索。
• MINERνA: 带νs的主喷射器出口
• NOνA: NuMI离轴ν_e外观
• MIPP：主喷射器颗粒生产