In der eisigen Stille von Fermilab1 etwas Außergewöhnliches nimmt Gestalt an. Ein technologisches Monster, das sich den Gesetzen der Physik widersetzt und Teilchen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit vorantreibt. Es ist die letzte Grenze der Elementarteilchenforschung, ein Projekt, das verspricht, Physikbücher neu zu schreiben und neue Wege zum Verständnis des Universums zu eröffnen.
Der Teilchenbeschleuniger im Detail
Das technische Team von Nationales Beschleunigerlabor von Fermi erstellte den Prototyp eines supraleitender Kryostat für das Projekt PIP-II. Es handelt sich um einen ca. 12 Meter langen Container mit einem Gewicht von über 12.000 kg. Insgesamt wird es vier solcher Behälter geben, deren Aufgabe es ist, Wasserstoffionen zu beschleunigen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 80 % der Lichtgeschwindigkeit. Nach ihrer Fertigstellung werden sie den letzten Abschnitt des neuen Linearbeschleunigers bilden, der den Beschleunigerkomplex antreiben wird Fermilab.
An dem Projekt nehmen internationale Partner aus Indien, Italien, Frankreich, Polen und dem Vereinigten Königreich teil. Drei der letzten Module werden dort zusammengebaut Daresbury-Labor des Vereinigten Königreichs, während der vierte in zusammengebaut wird Fermilab mit Komponenten von geliefert Raja Rammana Zentrum für fortschrittliche Technologie in Indien. Diese internationale Zusammenarbeit unterstreicht die globale Bedeutung des PIP-II-Projekts, eine wesentliche Bereicherung des Beschleunigerkomplexes des Restaurants Fermilab.
Fermilab, Präzision ist der Schlüssel
Je höher die Energie, desto durchdringender und differenzierter kann dieses Instrument sein und ermöglicht es Forschern, kleinste Strukturen der Materie zu untersuchen.
Das Geheimnis liegt in der extremen Kälte
Das Herzstück jedes Kryostats enthält eine Reihe von Vorrichtungen, sogenannte „Hohlräume“, die wie übergroße, in einer Reihe angeordnete Dosen aussehen. Sie werden in hergestellt reines Niobein Material Supraleiter. Das Interessanteste daran ist, dass Elektrizität ohne Energieverlust durch dieses Material fließt, allerdings nur, wenn das Niob auf Temperaturen gehalten wird, die weit unter dem Durchschnitt des Weltraums liegen. Um den supraleitenden Zustand zu erreichen, müssen die Hohlräume auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gehalten werden.
Die Lösung? Das Team füllt das Innere des Gefäßes mit flüssigem Helium und schützt es mit zahlreichen Isolierschichten, um zu verhindern, dass zu hohe Außentemperaturen den Prozess stören.
Fermilab, Reise zum Mittelpunkt der Erde
Sobald der Prototyp ordnungsgemäß funktioniert, werden die vier Module zusammengebaut, um den letzten Abschnitt des neuen Linearbeschleunigers fertigzustellen Fermilab. Der Teilchenweg ist faszinierend: Supraleitende Kryostaten werden Strahlen beschleunigen Wasserstoffanionen, Atome bestehend aus ein Proton und zwei Elektronen, statt der klassischen Konfiguration mit ein Proton und ein Elektron.
Die Bewerbungen? Viele und vielversprechend: von der Zerstörung von Tumorzellen bis zum Verständnis der Struktur von Proteinen und Viren, von der Entwicklung von Impfstoffen und neuen Medikamenten bis zur Weiterentwicklung unseres Wissens über den Ursprung des Universums. Die leistungsstarken Protonenstrahlen des PIP-II-Beschleunigers werden dies ebenfalls ermöglichen Experimente basierend auf Myonen mit beispielloser Präzision nach neuen Teilchen und Kräften zu suchen. Dieses vielfältige Physikprogramm wird in den kommenden Jahrzehnten zu neuen Entdeckungen führen.
Geduld und Komplexität sind die Kennzeichen wissenschaftlicher Grundlagenforschung, und dieses Projekt ist der perfekte Beweis dafür. Während die Tests am weitergehen Kryomodul-Testanlage des Restaurants Fermilab, die wissenschaftliche Welt wartet sehnsüchtig auf Erkenntnisse, die unser Verständnis des Universums für immer verändern könnten.
- Il Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) ist ein wichtiges Forschungslabor für Teilchenphysik in Batavia, Illinois, etwa 50 km westlich von Chicago. Es wurde 1967 gegründet und nach dem italienischen Physiker benannt Enrico Fermi, Fermilab ist eines der weltweit führenden Zentren für die Erforschung von Elementarteilchen und den Grundkräften des Universums. Das Labor beherbergt leistungsstarke Teilchenbeschleuniger und führt hochmoderne Experimente auf dem Gebiet der Hochenergiephysik durch. Fermilab ist für wichtige wissenschaftliche Entdeckungen wie die Identifizierung von Bottom- und Top-Quarks bekannt und ist weiterhin ein internationaler Bezugspunkt für die Forschung Grundlagenphysik, insbesondere in der Erforschung von Neutrinos. ↩︎