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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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Bild links:
Fermilab
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Die Beschleuniger
des FERMILAB und ihr Verwendungszweck
Cockcroft-Walton
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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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Bild links:
Fermilab
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LINAC
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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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Bild links:
Fermilab
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Booster - Zwischenbeschleuniger
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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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Bild links:
Fermilab
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Antiprotonen Speicherring
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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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Bild links:
Fermilab
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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.
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Der Hauptring soll
durch einen neuen Speicherring, den main-injector, ersetzt werden.
Dieser wird tangential an den ursprünglichen Ring anschließen.
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Bild links:
Fermilab
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Auswahl einiger
Experimente des FERMILAB
CDF - Collider Detektor
at Fermilab
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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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Bild links:
Fermilab
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D0-Detektor
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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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