obszar Chicagolandu jest domem dla jednego z największych na świecie skupisk badań naukowych, szczególnie w fizyce wysokoenergetycznej i jądrowej. Współpraca między Argonne National Laboratory, Fermilab i University of Chicago-który prowadzi oba laboratoria-przyniosła ogromne korzyści w szerokim zakresie eksperymentów znajdujących się dosłownie na całym świecie. Poniżej przedstawiamy niektóre z ostatnich i godnych uwagi współpracy między naukowcami we wszystkich trzech instytucjach.

badanie kosmicznego mikrofalowego tła w teleskopie bieguna południowego

naukowcy Argonne, Fermilab i University of Chicago badają promieniowanie kosmicznego mikrofalowego tła (CMB) za pomocą teleskopu bieguna południowego. CMB powstała w najwcześniejszym okresie wszechświata i jest unikalnym oknem na jego najwcześniejsze momenty, kiedy naukowcy uważają, że przeszła proces powszechnej ekspansji, zwany inflacją.

aby wykryć CMB — bardzo słaby sygnał termiczny w tle pustej przestrzeni — naukowcy potrzebują precyzyjnie dostrojonych detektorów, wyprodukowanych w Argonne i przetestowanych w Fermilab. Naukowcy Fermilab zbudowali również kriostat, który w zasadzie działa jak duża kamera, dla 10-metrowego teleskopu bieguna południowego. Projekt jest prowadzony przez badacza Uniwersytetu Chicagowskiego Johna Carlstroma. Zespół badawczy zainstalował detektory trzeciej generacji zeszłej zimy i obecnie planuje bardziej ambitną czwartą generację eksperymentu.

następna generacja eksperymentów z Mionami

w ciągu najbliższych kilku lat Fermilab przeprowadzi dwa nowe eksperymenty, aby przyjrzeć się właściwościom mionów — cząstki związanej, ale cięższej od elektronu. Te dwa eksperymenty, nazwane „Mion G-2” i „Mu2e”, opierają się na precyzyjnych, silnych polach magnetycznych. Oba te eksperymenty mają na celu zbadanie różnych właściwości mionu (albo momentu magnetycznego, albo jego możliwej konwersji na elektron), aby przetestować standardowy Model fizyki, nasz obecny najlepszy sposób rozumienia tego, jak wszechświat jest zbudowany.

Argonne naukowcy testują niektóre składniki, które mają być wykorzystane w tych eksperymentach przy użyciu repurposed magnesy MRI, ustanawiając benchmarki więc badania w Fermilab będzie miał jak najmniej niepewności, jak to możliwe. Fizycy cząstek elementarnych z Uniwersytetu Chicagowskiego będą ściśle zaangażowani w badanie fizyki mionów w trakcie tych eksperymentów.

kontynuacja poszukiwań nowej fizyki w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC)

Po znalezieniu bozonu Higgsa w 2012 roku, naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) w CERN w Genewie w Szwajcarii kontynuowali poszukiwania nowych cząstek i fizyki. Naukowcy z obszaru Chicago są zaangażowani w oba główne eksperymenty przy LHC-Argonne i naukowcy z Uniwersytetu Chicagowskiego pracują nad eksperymentem ATLAS, podczas gdy naukowcy z Fermilab pracują nad eksperymentem CMS. Każdy eksperyment jest potrzebny do potwierdzenia wyników drugiego. Przygotowując się do modernizacji detektora ATLAS do pracy z większą intensywnością wiązki, fizycy z Argonne wykorzystują wiązkę testową o wysokiej energii w Fermilab do przeprowadzania testów nowych schematów odczytu i czujników proponowanych dla nowego detektora pikseli.

badanie nieuchwytnego neutrina

Argonne ma długą tradycję badania drugiej najliczniejszej cząstki we wszechświecie, neutrina. Prace te rozpoczęły się w latach 70-tych wraz z opracowaniem 12-stopowej Komory bąbelkowej w Argonne i kontynuowano poprzez stworzenie wiązki NuMI do eksperymentu MINOS w Fermilab. Od tego czasu Argonne współpracował przy wielu eksperymentach neutrinowych w Fermilab. Badanie oscylacji neutrin, gdzie jeden smak neutrina zmienia tożsamość w inny smak, jest obecnie jednym z głównych obszarów badań fizyki cząstek elementarnych. W ramach eksperymentu NOvA, obecnie zbierającego dane w północnej Minnesocie, Argonne odegrała kluczową rolę w projektowaniu i budowaniu struktur detektorów na dużą skalę, które identyfikują interakcje neutrin. Obecnie Argonne projektuje i produkuje prototypowe komponenty nowej generacji detektorów DUNE. Eksperyment DUNE zostanie zrealizowany we współpracy z Argonne, Fermilab i Uniwersytetem w Chicago.

zaawansowana technologia akceleratorów

cechą charakterystyczną Fizyki Wysokich Energii jest użycie akceleratorów cząstek. Przyspieszanie cząstek do coraz wyższych energii jest kluczem do znalezienia nowej fizyki, a potencjalnie nawet nowych cząstek. Argonne współpracuje z Fermilab nad opracowaniem nowych technologii dla nowej generacji akceleratorów cząstek, które umożliwią nowe eksperymenty fizyczne.