El área de Chicagoland es el hogar de una de las mayores concentraciones de investigación científica del mundo, particularmente en física nuclear y de alta energía. La colaboración entre el Laboratorio Nacional Argonne, el Fermilab y la Universidad de Chicago, que administra ambos laboratorios, ha producido enormes beneficios en una amplia gama de experimentos situados literalmente en todo el mundo. A continuación se presentan algunas de las colaboraciones recientes y notables entre científicos de las tres instituciones.

Estudiando el Fondo Cósmico de Microondas en el Telescopio del Polo Sur

Investigadores de Argonne, Fermilab y la Universidad de Chicago están estudiando la radiación del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) utilizando el Telescopio del Polo Sur. El CMB se formó en el período más temprano del universo y es una ventana única a sus primeros momentos cuando los científicos creen que sufrió un proceso de expansión universal, llamado inflación.

Para detectar el CMB, una señal térmica muy débil en el fondo del espacio vacío, los investigadores necesitan detectores sintonizados con precisión, fabricados en Argonne y probados en Fermilab. Los investigadores del Fermilab también construyeron el criostato, que básicamente actúa como una cámara grande, para el Telescopio del Polo Sur de 10 metros. El proyecto está dirigido por el investigador de la Universidad de Chicago John Carlstrom. El equipo de investigación instaló los detectores de tercera generación el invierno pasado, y actualmente está planeando una cuarta generación más ambiciosa del experimento.

La próxima Generación de Experimentos con Muones

En los próximos años, Fermilab acogerá dos nuevos experimentos para examinar las propiedades de los muones, una partícula relacionada con, pero más pesada que, el electrón. Estos dos experimentos, llamados «Muon G-2» y «Mu2e», se basan en campos magnéticos precisos y fuertes. Ambos experimentos están diseñados para observar las diferentes propiedades del muón (ya sea el momento magnético o su posible conversión a un electrón) para probar el Modelo Estándar de la física, nuestra mejor comprensión actual de cómo se construye el universo.

Los científicos de Argonne están probando algunos de los componentes que se utilizarán en estos experimentos utilizando imanes de resonancia magnética reutilizados, estableciendo puntos de referencia para que la investigación en el Fermilab tenga la menor incertidumbre posible. Los físicos de partículas de la Universidad de Chicago estarán estrechamente involucrados en la exploración de la física de muones a medida que estos experimentos avancen.

Búsqueda Continua de Nueva Física en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC)

Después de encontrar el Bosón de Higgs en 2012, los investigadores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Ginebra, Suiza, han continuado su búsqueda de nuevas partículas y física. Los investigadores del área de Chicago están involucrados en experimentos importantes en el LHC — Argonne y los investigadores de la Universidad de Chicago trabajan en el experimento ATLAS, mientras que los científicos del Fermilab trabajan en el experimento CMS. Cada experimento es necesario para validar los resultados del otro. Mientras se preparan para actualizar el detector ATLAS para que funcione a intensidades de haz más altas, los físicos de Argonne están utilizando el haz de prueba de alta energía en Fermilab para realizar pruebas de los nuevos esquemas de lectura y sensores que se proponen para un nuevo detector de píxeles.

Estudiar el Esquivo Neutrino

Argonne tiene una larga tradición de estudiar la segunda partícula más abundante en el universo, el neutrino. Estos esfuerzos comenzaron en la década de 1970 con el desarrollo de la cámara de burbujas de 12 pies en Argonne, y continuaron con la creación del rayo NuMI para el experimento MINOS en Fermilab. Desde entonces, Argonne ha colaborado en muchos experimentos de neutrinos en el Fermilab. El estudio de las oscilaciones de neutrinos, donde un sabor de neutrino cambia la identidad en otro sabor, es una de las principales áreas de estudio de la física de partículas en estos días. Para el experimento NOvA, que actualmente toma datos en el norte de Minnesota, Argonne ha sido instrumental en el diseño y construcción de estructuras de detectores a gran escala que identifican las interacciones de los neutrinos. Argonne está diseñando y fabricando componentes prototipo del detector DUNE de próxima generación. El experimento DUNE se realizará en una colaboración que involucra a Argonne, Fermilab y la Universidad de Chicago.

Tecnología avanzada de aceleradores

El sello distintivo de la física de alta energía es el uso de aceleradores de partículas. Acelerar las partículas a energías cada vez más altas es clave para encontrar nuevas físicas e incluso nuevas partículas. Argonne está trabajando con Fermilab para desarrollar nuevas tecnologías para la próxima generación de aceleradores de partículas que permitirán nuevos experimentos de física.