L’area di Chicagoland è sede di una delle più grandi concentrazioni mondiali di ricerca scientifica, in particolare in fisica nucleare e ad alta energia. La collaborazione tra Argonne National Laboratory, Fermilab, e l’Università di Chicago — che gestisce entrambi i laboratori — ha prodotto enormi benefici in una vasta gamma di esperimenti situati letteralmente in tutto il mondo. Di seguito sono riportate alcune delle recenti e notevoli collaborazioni tra gli scienziati di tutte e tre le istituzioni.

Studiare lo sfondo cosmico a microonde al South Pole Telescope

I ricercatori di Argonne, Fermilab e dell’Università di Chicago stanno studiando la radiazione cosmica a microonde (CMB) usando il South Pole Telescope. La CMB si è formata nel primissimo periodo dell’universo ed è una finestra unica nei suoi primi momenti in cui gli scienziati ritengono che abbia subito un processo di espansione universale, chiamato inflazione.

Per rilevare il CMB — un lieve termica segnale sullo sfondo di uno spazio vuoto — i ricercatori hanno bisogno di regolare con precisione la rivelatori, fabbricati Argonne e testato al Fermilab. I ricercatori del Fermilab hanno anche costruito il criostato, che fondamentalmente agisce come una grande fotocamera, per il telescopio del Polo Sud di 10 metri. Il progetto è guidato dal ricercatore dell’Università di Chicago John Carlstrom. Il team di ricerca ha installato i rivelatori di terza generazione lo scorso inverno e sta attualmente pianificando una quarta generazione più ambiziosa dell’esperimento.

La prossima generazione di esperimenti sui muoni

Nei prossimi anni, Fermilab ospiterà due nuovi esperimenti per esaminare le proprietà dei muoni — una particella correlata, ma più pesante, all’elettrone. Questi due esperimenti, chiamati” Muon G-2 “e” Mu2e”, si basano su campi magnetici precisi e forti. Entrambi questi esperimenti sono progettati per esaminare diverse proprietà del muone (il momento magnetico o la sua possibile conversione in un elettrone) per testare il modello standard della fisica, la nostra attuale migliore comprensione di come l’universo è costruito.

Gli scienziati Argonne stanno testando alcuni dei componenti da utilizzare in questi esperimenti utilizzando magneti MRI riproposti, stabilendo dei parametri di riferimento in modo che la ricerca al Fermilab abbia la minor incertezza possibile. I fisici delle particelle dell’Università di Chicago saranno strettamente coinvolti nel sondare la fisica dei muoni mentre questi esperimenti procedono.

Continua la ricerca di nuova fisica al Large Hadron Collider (LHC)

Dopo aver trovato il bosone di Higgs nel 2012, i ricercatori del Large Hadron Collider (LHC) al CERN di Ginevra, in Svizzera, hanno continuato la loro ricerca di nuove particelle e fisica. I ricercatori dell’area di Chicago sono coinvolti in entrambi i principali esperimenti all’LHC-Argonne e i ricercatori dell’Università di Chicago lavorano all’esperimento ATLAS, mentre gli scienziati del Fermilab lavorano all’esperimento CMS. Ogni esperimento è necessario per convalidare i risultati dell’altro. Mentre si prepara ad aggiornare il rivelatore ATLAS per operare a intensità del fascio più elevate, i fisici di Argonne stanno utilizzando il fascio di prova ad alta energia al Fermilab per eseguire test di nuovi schemi di lettura e sensori proposti per un nuovo rivelatore di pixel.

Studiare il neutrino sfuggente

Argonne ha una lunga tradizione di studiare la seconda particella più abbondante nell’universo, il neutrino. Questi sforzi iniziarono nel 1970 con lo sviluppo della camera a bolle da 12 piedi ad Argonne, e continuarono attraverso la creazione di NuMI beam per l’esperimento MINOS al Fermilab. Da allora, Argonne ha collaborato a molti esperimenti di neutrini al Fermilab. Lo studio delle oscillazioni dei neutrini, in cui un sapore di neutrino cambia identità in un altro sapore, è una delle principali aree di studio della fisica delle particelle in questi giorni. Per l’esperimento NOvA, attualmente prendendo dati nel nord del Minnesota, Argonne è stato determinante nella progettazione e costruzione di strutture di rivelatori su larga scala che identificano le interazioni dei neutrini. Argonne sta attualmente progettando e fabbricando componenti prototipo del rivelatore DUNE di nuova generazione. L’esperimento DUNE sarà realizzato in una collaborazione che coinvolge Argonne, Fermilab e l’Università di Chicago.

Advanced Accelerator Technology

Il segno distintivo della fisica delle alte energie è l’uso di acceleratori di particelle. Accelerare le particelle a energie sempre più alte è la chiave per trovare nuova fisica e potenzialmente anche nuove particelle. Argonne sta lavorando con Fermilab per sviluppare nuove tecnologie per la prossima generazione di acceleratori di particelle che consentiranno nuovi esperimenti di fisica.