Chicagolandin alueella sijaitsee yksi maailman suurimmista tieteellisen tutkimuksen keskittymistä, erityisesti korkeaenergia-ja ydinfysiikan alalla. Yhteistyö Argonne National Laboratory, Fermilab, ja University of Chicago — joka toimii molemmat laboratoriot-on tuottanut valtavia etuja koko monenlaisia kokeita sijaitsee kirjaimellisesti ympäri maailmaa. Seuraavassa on joitakin viimeaikaisia ja merkittäviä yhteistyötä tapahtuu tutkijoiden kaikissa kolmessa laitoksessa.

tutkimalla kosmista Mikroaaltotaustaa etelänavan teleskoopilla

Argonnen, Fermilabin ja Chicagon yliopiston tutkijat tutkivat kosmista mikroaaltotaustasäteilyä (CMB) etelänavan teleskoopilla. CMB muodostui maailmankaikkeuden varhaisimmassa vaiheessa, ja se on ainutlaatuinen ikkuna sen varhaisimpiin hetkiin, jolloin tiedemiehet uskovat sen käyneen läpi universaalin laajenemisprosessin, jota kutsutaan inflaatioksi.

havaitakseen CMB: n — erittäin heikon lämpösignaalin tyhjän tilan taustalla — tutkijat tarvitsevat tarkasti viritettyjä ilmaisimia, jotka on valmistettu Argonnessa ja testattu Fermilabissa. Fermilabin tutkijat rakensivat myös 10-metristä etelänavan teleskooppia varten kryostaatin, joka toimii periaatteessa kuin suuri kamera. Hanketta johtaa Chicagon yliopiston tutkija John Carlström. Tutkimusryhmä asensi kolmannen sukupolven ilmaisimet viime talvena ja suunnittelee parhaillaan kokeilun kunnianhimoisempaa neljättä sukupolvea.

seuraavan sukupolven Myonikokeet

lähivuosina Fermilabissa järjestetään kaksi uutta koetta, joissa tarkastellaan myonien ominaisuuksia — elektroniin liittyvän, mutta raskaamman hiukkasen. Nämä kaksi koetta, nimeltään ”Myon G-2” ja ”Mu2e”, perustuvat tarkkoihin, voimakkaisiin magneettikenttiin. Molempien kokeiden tarkoituksena on tarkastella myonin eri ominaisuuksia (joko magneettista momenttia tai sen mahdollista muuntumista elektroniksi) testataksemme fysiikan standardimallia, nykyistä parasta ymmärrystämme siitä, miten maailmankaikkeus on rakennettu.

Argonnen tutkijat testaavat joitakin näissä kokeissa käytettäviä komponentteja uudelleen käytettävillä MAGNEETTIKUVAUSMAGNEETEILLA ja asettavat vertailuarvoja, jotta Fermilabin tutkimuksiin liittyy mahdollisimman vähän epävarmuutta. Chicagon yliopiston hiukkasfyysikot ovat tiiviisti mukana tutkimassa muonifysiikkaa näiden kokeiden edetessä.

jatkoi uuden fysiikan etsimistä Large Hadron Colliderilla (LHC)

löydettyään Higgsin bosonin vuonna 2012 Genevessä Sveitsissä sijaitsevan Cernin Large Hadron Colliderin (LHC) tutkijat ovat jatkaneet uusien hiukkasten ja fysiikan etsimistä. Chicago-alue tutkijat ovat mukana sekä suuria kokeita LHC-Argonne ja Chicagon yliopiston tutkijat työskentelevät ATLAS kokeilu, kun taas Fermilab tutkijat työskentelevät CMS kokeilu. Jokainen kokeilu on tarpeen vahvistaa tulokset muiden. Valmistellessaan ATLAS-ilmaisimen päivittämistä toimimaan suuremmilla säteen intensiteeteillä Argonnen fyysikot käyttävät Fermilabin korkeaenergistä testisädettä testatakseen uusia lukemia ja sensoreita, joita ehdotetaan uudelle pikseliilmaisimelle.

vaikeasti tavoitettavan neutriinon tutkimisella

Argonnella on pitkät perinteet maailmankaikkeuden toiseksi runsaimman hiukkasen, neutriinon, tutkimisessa. Nämä ponnistelut alkoivat 1970-luvulla Argonnen 12-jalkaisen kuplakammion kehittämisestä ja jatkuivat luomalla NuMI-palkin Fermilabin Minos-koetta varten. Sen jälkeen Argonne on tehnyt yhteistyötä monien neutriinokokeiden parissa Fermilabissa. Neutriinojen värähtelyjen tutkimus, jossa yksi neutriinon maku muuttaa identiteetin toiseksi mauksi, on yksi hiukkasfysiikan tärkeimmistä tutkimusalueista nykyään. Pohjois-Minnesotassa parhaillaan dataa keräävässä Nova-kokeessa Argonne on ollut keskeisessä asemassa suunniteltaessa ja rakennettaessa neutriinojen vuorovaikutuksia tunnistavia suuren mittakaavan ilmaisinrakenteita. Argonne suunnittelee ja valmistaa parhaillaan prototyyppikomponentteja seuraavan sukupolven ilmaisindyynistä. DYYNIKOE toteutetaan yhteistyössä, johon osallistuvat Argonne, Fermilab ja Chicagon yliopisto.

kehittynyt Kiihdytintekniikka

suurenergiafysiikan tunnusmerkki on hiukkaskiihdyttimien käyttö. Hiukkasten kiihdyttäminen yhä suurempiin energioihin on avain uuden fysiikan ja mahdollisesti jopa uusien hiukkasten löytämiseen. Argonne kehittää yhdessä Fermilabin kanssa uutta teknologiaa seuraavan sukupolven hiukkaskiihdyttimille, jotka mahdollistavat uudet fysiikkakokeilut.