Das Chicagoland-Gebiet beherbergt eine der weltweit größten Konzentrationen wissenschaftlicher Forschung, insbesondere in der Hochenergie- und Kernphysik. Die Zusammenarbeit zwischen Argonne National Laboratory, Fermilab und der University of Chicago, die beide Labors betreibt, hat enorme Vorteile bei einer Vielzahl von Experimenten auf der ganzen Welt gebracht. Im Folgenden finden Sie einige der jüngsten und bemerkenswerten Kooperationen zwischen Wissenschaftlern an allen drei Institutionen.

Untersuchung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds am Südpolteleskop

Forscher von Argonne, Fermilab und der University of Chicago untersuchen die Strahlung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) mit dem Südpolteleskop. Das CMB entstand in der frühesten Periode des Universums und ist ein einzigartiges Fenster in seine frühesten Momente, in denen Wissenschaftler glauben, dass es einen beschleunigten Prozess der universellen Expansion durchgemacht hat, Inflation genannt.

Um den CMB — ein sehr schwaches thermisches Signal im Hintergrund des leeren Raums — zu detektieren, benötigen Forscher genau abgestimmte Detektoren, die in Argonne hergestellt und im Fermilab getestet wurden. Fermilab-Forscher bauten auch den Kryostat, der im Grunde wie eine große Kamera wirkt, für das 10-Meter-Südpol-Teleskop. Das Projekt wird vom Forscher John Carlstrom von der University of Chicago geleitet. Das Forschungsteam installierte im vergangenen Winter die Detektoren der dritten Generation und plant derzeit eine ehrgeizigere vierte Generation des Experiments.

Die nächste Generation von Myonenexperimenten

In den nächsten Jahren wird Fermilab zwei neue Experimente durchführen, um die Eigenschaften von Myonen zu untersuchen — einem Teilchen, das mit dem Elektron verwandt, aber schwerer als dieses ist. Diese beiden Experimente, „Muon G-2“ und „Mu2e“ genannt, beruhen auf präzisen, starken Magnetfeldern. Beide Experimente sollen verschiedene Eigenschaften des Myons untersuchen (entweder das magnetische Moment oder seine mögliche Umwandlung in ein Elektron), um das Standardmodell der Physik zu testen, unser derzeitiges bestes Verständnis dafür, wie das Universum aufgebaut ist.Argonne-Wissenschaftler testen einige der Komponenten, die in diesen Experimenten verwendet werden sollen, mit wiederverwendeten MRT-Magneten und setzen Benchmarks, damit die Forschung im Fermilab so wenig Unsicherheit wie möglich hat. Teilchenphysiker der University of Chicago werden im Verlauf dieser Experimente eng an der Erforschung der Myonenphysik beteiligt sein.

Fortsetzung der Suche nach neuer Physik am Large Hadron Collider (LHC)

Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 haben Forscher am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf, Schweiz, ihre Suche nach neuen Teilchen und Physik fortgesetzt. Forscher aus der Region Chicago sind an beiden großen Experimenten am LHC — Argonne beteiligt, und Forscher der University of Chicago arbeiten am ATLAS-Experiment, während Fermilab-Wissenschaftler am CMS-Experiment arbeiten. Jedes Experiment wird benötigt, um die Ergebnisse des anderen zu validieren. Während sie sich darauf vorbereiten, den ATLAS-Detektor für den Betrieb bei höheren Strahlintensitäten aufzurüsten, verwenden Argonne-Physiker den Hochenergie-Teststrahl im Fermilab, um Tests neuer Ausleseschemata und Sensoren durchzuführen, die für einen neuen Pixeldetektor vorgeschlagen werden.

Untersuchung des schwer fassbaren Neutrinos

Argonne hat eine lange Tradition in der Untersuchung des zweithäufigsten Teilchens im Universum, des Neutrinos. Diese Bemühungen begannen in den 1970er Jahren mit der Entwicklung der 12-Fuß-Blasenkammer in Argonne und wurden durch die Schaffung von NuMI Beam für das MINOS-Experiment im Fermilab fortgesetzt. Seitdem hat Argonne an vielen Neutrino-Experimenten im Fermilab mitgearbeitet. Die Untersuchung von Neutrinooszillationen, bei denen ein Geschmack von Neutrino die Identität in einen anderen Geschmack ändert, ist heutzutage eines der Hauptforschungsgebiete der Teilchenphysik. Für das NOvA-Experiment, das derzeit im Norden von Minnesota durchgeführt wird, war Argonne maßgeblich an der Entwicklung und dem Bau der großflächigen Detektorstrukturen beteiligt, die die Wechselwirkungen der Neutrinos identifizieren. Argonne entwirft und fertigt derzeit Prototypkomponenten des Detektors DUNE der nächsten Generation. Das Dünenexperiment wird in einer Zusammenarbeit zwischen Argonne, Fermilab und der University of Chicago durchgeführt.

Advanced Accelerator Technology

Das Markenzeichen der Hochenergiephysik ist der Einsatz von Teilchenbeschleunigern. Die Beschleunigung von Teilchen auf immer höhere Energien ist der Schlüssel zur Entdeckung neuer Physik und möglicherweise sogar neuer Teilchen. Argonne arbeitet mit Fermilab zusammen, um neue Technologien für die nächste Generation von Teilchenbeschleunigern zu entwickeln, die neue physikalische Experimente ermöglichen.