费米实验室（Fermilab） www.fnal.gov
费米实验室（Fermilab），以著名的理论物理学家Enrico Fermi的名字命名，建立于1967年，是美国最重要的物理学研究中心之一。它属于美国能源部，大学研究协会（URA）负责其运作，URA由90所研究型大学组成，目前实验室有2000名雇员。费米实验室最为知名的是它的Tevatron质子/反质子加速器，是目前世界上能量输出最高的粒子加速器，能将质子加速到接近光速，帮助科学家探索物质、空间和时间的奥秘。我们很少有机会了解这些在科学界闻名遐迩的实验室，TG Daily的这篇详细的采访值得一读（如果不想看长篇大论，里面有很多图片，比如最新的iMac电脑-_-）。其中提到的一个事实是Tevatron加速器按计划将于明年关闭，欧洲大强子加速器将成为它的继任者。
费米实验室拥有迄今为止世界上最大的加速器，但一台能量更大的加速器将于2008年在欧洲高能物理实验室建成，届时，美国政府将关闭费米实验室的这台加速器，实验室何去何从？即将出任实验室新主任的Pier Oddone选择了冒险：他希望耗资60亿美元的国际直线加速器落户费米实验室，他的目标是让费米实验室在下个十年中再次成为世界物理学的中心。
坐在自己的临时办公室里，今年60岁的物理学家Pier Oddone显得从容、自信。今年7月，他将掌管美国高能物理实验室的先锋——费米国家加速器实验室（简称费米实验室）。Oddone的到来正值实验室的多事之秋：实验室的大型加速器raison d\'être已计划于今后5年内关闭。但他对实验室的未来持乐观态度。
费米实验室-目标
费米实验室最高的能量寻找最小的粒子
Oddone将成为实验室的第15任主任。费米实验室是美国最大的高能物理实验室，在世界上是仅次于欧洲粒子物理研究所的第二大实验室。1967年11月21日，美国总统林顿·约翰逊签署法案，授权美国原子能委员会成立国家加速器实验室。1974年5月11日，为纪念原子时代卓越的物理学家、1938年诺贝尔物理学奖获得者恩里科·费米，实验室改名为费米国家加速器实验室。实验室的目标是探索自然界最微小的部分——存在于原子中的世界，了解宇宙是如何形成和运转的，提高人类对物质和能量的基本属性的理解。
费米实验室位于伊利诺伊州大草原边上的巴达维亚，拥有2100多名政府雇员，年度预算为3.07亿美元。实验室分别于1977年6月和1995年2月发现了基本粒子和力标准模型中的两个主要部分：底夸克和顶夸克。1983年，实验室耗资1.2亿美元建造了迄今为止世界上能量最强的碰撞器Tevatron。2001年7月，物理学家在Tevatron上第一次直接观察到了τ中微子，从而开启了物理研究的一个新时代。但在未来3年里，Tevatron将被欧洲高能物理实验室一个能量更大的对撞机——大型强子加速器(Large Hadron Collider，LHC)所取代。美国政府计划在LHC启用时就关闭Tevatron，费米实验室面临一个非常不确定的未来。
由于环形电子对撞机向更高发展时遇到同步辐射能量损失随束能量的四次方增长的困难，因此，国际高能物理界达成共识：在LHC后，采用大型直线对撞机（International Linear Collider，简称ILC）作为新一代的高能物理对撞机。ILC是一个庞然大物，它将建造在总长达30多公里的地下隧道里，使用最新的超导技术以5000亿电子伏特的能量击碎电子，预计到2016年前后才可建成，造价高达60亿美元。正是因为直线对撞机昂贵又费时，全球只能建造一台。
大梦想亦是大风险
Oddone梦想让直线对撞机落户费米实验室。他希望通过与国际同行的努力，最迟于2010年底开始在费米实验室建造直线对撞机。他知道对撞机的建设需要科学界的合作、国际外交的协调和美国政府对巨额经费的承诺。这个计划是一场冒险，它既可让实验室恢复昔日的辉煌，也会因目标或未来的不确定性而让实验室飘忽不定。
物理学家们在1979年开始建造Tevatron时就是怀着这样一个大梦想，他们的目标是想确证顶夸克是否存在。夸克是构成质子、中子和其它亚原子粒子的基本元素，理论上它是由三种不带整电荷的更基本的粒子组成，顶夸克和底夸克是其中最重的粒子。费米实验室曾在1977年用环型加速器探测到底夸克的存在。寻找更重的顶夸克意味着要用5亿至15亿电子伏特的能量击碎质子或反质子，设计Tevatron的目的就是做这件事。通过进一步的改造，对撞机在1995年捕捉到了顶夸克。新发现让物理学家们欢呼雀跃，却让实验室的管理者们开始头痛。
费米实验室
费米实验室并不是惟一遭遇两难处境的美国粒子物理实验室。诺贝尔奖获得者Burton Richter是位于加州的斯坦福直线加速器中心的荣誉退休主任，他在1992年时也遇到过类似的问题。当时，实验室有一台曾在1968年第一个探测到夸克的电子加速器，但这台加速器的改造已经走到了尽头，没有再发展的空间了。因此，Richter决定将加速器转变为高能的X射线源，供生物学家、化学家和材料学家确定分子和材料的结构。斯坦福直线加速器中心也开始了多样化的研究，步入了天体物理学、射线探测和宇宙学的领域。今天，斯坦福直线加速器中心欣欣向荣，年度预算稳定增加。
但费米实验室没有选择多样性。它曾在20世纪90年代决定将Tevatron升级为能量更高的加速器。这一次，他们的梦想是寻找希格斯粒子，如果理论学家的预言是正确的，那么这将有助于解释为什么宇宙中的万物都有质量。捕获希格斯粒子是费米实验室下一个伟大的梦想。
Tevatron最后一次升级花了政府数亿美元，工程于2001年完工。但老化的Tevatron的事件并没有因此完结：在过去几年中它的基础已经开始松动、下陷，一些旨在提高其能量的技术出现了意想不到的问题。今天，在经过艰难的4年后，情况变得基本稳定，但Tevatron失去了最佳时间，只有少数人相信欧洲高能物理实验室的机器在2008年启动前，希格斯粒子会在Tevatron上被发现。
这将实验室的处境置于地狱的边缘。当大型强子对撞机启动后，Tevatron将被关闭，从而让许多物理学家无所事事，Richter说：“这将他们置于特殊的境地，现在的问题是如何从这种境地中走出来。”
只有全力以赴 才能梦想成真
费米实验室可以选择类似斯坦福加速器中心的多样化。费米实验室已将自己的触角伸展到充满宇宙的不带电的微中子，但微中子的研究不足以维持实验室现有的水平。实验室的许多物理学家对实验室使命的改变不屑一顾。CDF的发言人、物理学家Young Kee Kim说：“多样化是最容易的解决方案，但最艰难的路才是最有意义的。”“从我的观点来看，我们或者成为美国的高能中心，或者失去能量的前沿地位。”
Oddone同意这种观点。他说：“国际直线对撞机是实验室目前最大的机会。”在美国能源部的帮助下，费米实验室将提高它的加速器和对撞机研究，以期作为获得新设备的强大承诺。Oddone说，如果事情进展顺利，因为使用直线对撞机探测希格斯等奇异的粒子，费米实验室在下个十年中将再次成为世界物理学的中心。
但是，这只是一个大胆的假设。建造直线对撞机所需要的国际合作规模异常艰难，这里面充斥着经费的超限运作、团队间的明争暗斗和国际政治问题。即使对撞机事业向前进了，但它未必一定落户美国。日本文部省的高能加速器研究中心(KEK)的常务主任说，日本正在全力以赴地希望将对撞机能安置KEK。
费米实验室未来的不确定性让实验室难以留住尚在实验室的几千名访问科学家。实际上，Tevatron的两个主要探测器CDF和DZero的运作已经面临人手不足的困境。DZero的发言人Jerry Blazey说：“许多人都想走，或者已经走了，目前我们最重要的是坚持住。”
现状让费米实验室越来越难以吸引从事线性对撞机模型研究的专家。在实验室的咖啡厅坐坐，你会发现情况好像会变得更严重。费米实验室正在尽最大努力营造良好的气氛。一种权宜之计是建一个能够让美国的研究人员可实时监测他们在欧洲高能物理研究中心的实验。负责计算机中心建造的Avi Yagil说：“我们将可以看见在欧洲实验室的科学家们看见的数据。”
Oddone认为费米实验室有人才、知识和空间来建造下一代的加速器，但除非全力以赴，否则梦想不会成真。他说：“是的，这是一个巨大的风险，问题是我们寻找的答案也有巨大的意义。”
费米实验室-主任简介
费米实验室费米，意大利。美国物理学家费米无疑是自枷利略以来最伟大的意大利科学家，是1925-1950年间世界上最富创造性的物理学家之一。费米由于“发现新的放射性物质和发现慢中子的选择能力” 而荣获1938年诺贝尔物理学奖。 1901年9月29日，费米出生于罗马。费米资质聪明，心性敏捷，早年就已显露才华，因而在1918年被获准进入比萨的师范学校，他后来在比萨大学完成学业，于1924年获得哲学博士学位。他在格丁根和莱顿度过一段时间之后回到意大利，被任命为罗马大学物理学教授，这无疑是由于他已经发表了大约30篇重要论文而建立起来的名声和那时意大利最杰出的物理学家、参议员柯比诺的支持。 费米以出版意大利第一本现代物理学教科书《原子物理学导论》作为开端，他的名声很快就把意大利年轻物理学者中的佼佼者吸引到他的周围。但意大利法西斯主义的嚣张导致意大利科学天才的流失。到1938年，费米由于妻子是犹太人，被迫移居美国。费米在离开意大利之前，在罗马期间就已经是一位惊人的高产科学家，在理论和实验领域都已作出重要贡献。他的实验工作出自于试图推进约里奥-居里夫妇的成果，约里奥-居里夫妇在1 934年已经指出，用氦核（α粒子）轰击硼和铝会产生人工放射性同位元素。费米想到，1932年詹姆斯-查德威克发现的中子也许是一种创造新同位素的更好工具。中子虽然比α粒子质量小，但中子不带电，这使它能克服一个靶核的正电荷而不消耗中子的能量。 费米报告说，1934年他偶然冲动地在中子源和靶子之间插入了石蜡，放在入射中子的前面。结果使激活强度增加几十到几百倍。这就是费米偶然发现的慢中子现象。 慢中子的产生，后来在民用和军用的核能领域具有深远的影响。然而费米的直接任务是用慢中子照射尽可能多的元素，生产和研究大量新创造的放射性同位素和其性质。 费米和他的同事在系统照射各种元素的过程中，自然用慢中子轰击过铀。这就必然会导致核裂变，费米把正在产生的超铀元素称之为“ausoninum”和“hesperium”。1938年奥托-弗里施和莉泽-迈特纳首先看到，在这样的反应中，核裂变正在发生。在理论方面，费米在罗马时的主要成就在他的β衰变理论。这是不稳定核中的过程，在这个过程中，一个中子转化为一个质子，并发射一个电子和一个反中微子。费米作出了一个详尽的分析，在科学中引入一种新的力，即所谓“弱”力。 费米到了美国后，热衷于试图创造一种可以控制的链式核反应。1942年他成功地在芝加哥大学的运动场斯塔格广场上建立起第一座原子堆。他和同事们用纯石墨作为减速剂，减慢中子速度，以丰富的铀作为可裂变物质，开始建立反应堆。1942年12月2日下午2点20分，费米的反应堆进入临界状态，支持一种自持链式反应28分钟，原子时代开始了。 1945年7月，当第一颗试验原子弹在新墨西哥州沙漠爆炸时，他也在现场。据说当风暴刮到他面前时，他丢下了一些纸屑，根据这些纸屑的位移，计算出原子弹相当于1万吨三硝基甲苯炸药 （TNT）的威力。 战后，费米任芝加哥大学物理学教授，一直到他因癌症去世。
Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), located in Batavia near Chicago, Illinois, is a US Department of Energy national laboratory specializing in high-energy particle physics. As of January 1, 2007, Fermilab is operated by the Fermi Research Alliance, a joint venture of the University of Chicago and the Universities Research Association (URA). Fermilab is a part of the Illinois Technology and Research Corridor.
Fermilab's Tevatron is a landmark particle accelerator; at 3.9 miles (6.3 km) in circumference, it is the world's second largest energy particle accelerator (CERN's Large Hadron Collider is 27 km in circumference). In 1995, both the CDF and DØ (detectors which utilize the Tevatron) experiments announced the discovery of the top quark. In addition to high energy collider physics, Fermilab is also host to a number of smaller fixed-target and neutrino experiments, such as MiniBooNE (Mini Booster Neutrino Experiment), SciBooNE (SciBar Booster Neutrino Experiment) and MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search). The MiniBooNE detector is a 40-foot (12 m) diameter sphere which contains 800 tons of mineral oil lined with 1520 individual phototube detectors. An estimated 1 million neutrino events are recorded each year. SciBooNE is the newest neutrino experiment at Fermilab; it sits in the same neutrino beam as MiniBooNE but has fine-grained tracking capabilities. The MINOS experiment uses Fermilab's NuMI (Neutrinos at the Main Injector) beam, which is an intense beam of neutrinos that travels 455 miles (732 km) through the Earth to the Soudan Mine in Minnesota.
In the public realm, Fermilab is host to many cultural events, not only public science lectures and symposia, but classical and contemporary music concerts, folk dancing and arts galleries, when the Homeland Security Advisory System permits.[citation needed] Currently the site is open to all visitors from dawn to dusk who present valid photo identification.
A small herd of American bison, started at the lab's founding, lives on the grounds symbolizing Fermilab's presence on the frontier of physics and its connection to the American prairie.[1]
Asteroid 11998 Fermilab is named in honor of the laboratory.
Fermilab, originally named the National Accelerator Laboratory, was commissioned by the U.S. Atomic Energy Commission, under a bill signed by President Lyndon B. Johnson on November 21, 1967. Founding Director Robert R. Wilson committed the laboratory to firm principles of scientific excellence, esthetic beauty, stewardship of the land, fiscal responsibility and equality of opportunity. Universities Research Association built the laboratory, and has operated the facility under those principles since its founding.
On May 11, 1974, the laboratory was renamed in honor of 1938 Nobel Prize winner Enrico Fermi, one of the preeminent physicists of the atomic age. Fermi's widow, Laura Fermi, spoke at the dedication ceremonies.
Two major components of the Standard Model of Fundamental Particles and Forces were discovered at Fermilab: the bottom quark (May-June 1977) and the top quark (February 1995). In July 2000, Fermilab experimenters announced the first direct observation of the tau neutrino, the last fundamental particle to be observed. Filling the final slot in the Standard Model, the tau neutrino set the stage for new discoveries and new physics with the inauguration of Collider Run II of the Tevatron in March 2001.
The Tevatron, four miles in circumference and originally named the Energy Doubler when it began operation in 1983, is the world's highest-energy particle accelerator. Its 1,000 superconducting magnets are cooled by liquid helium to -268 degrees C (-450 degrees F). Its low-temperature cooling system was the largest ever built when it was placed in operation in 1983. The American Society of Mechanical Engineers has designated the Tevatron cryogenic system an International Historic Mechanical Engineering Landmark.
Fermilab has added the two-mile Main Injector accelerator to increase the number of proton-antiproton collisions in the Tevatron, greatly enhancing the chances for important discoveries in Run II. The two apartment building-sized collider detectors, CDF and DZero, have undergone extensive upgrades during the nearly decade-long preparations for Run II.
Fermilab's 6,800-acre site was originally home to farmland, and to the village of Weston. Some of the original barns are still in use by the laboratory, for purposes ranging from storage to social events. A small burial ground, with headstones dating back to 1839, has been maintained in the northwest corner of the site. Robert Wilson was buried in the Pioneer Cemetery following his death on January 16, 2000 at the age of 85.
Among Wilson's early imprints on the lab was the establishment of a herd of American bison, symbolizing the Fermilab's presence on the frontiers of high-energy physics, and the connection to its prairie origins. The herd stands today, and new calves are born every spring.
Fermilab History and Archives Project
Timeline
Wilson Hall
Directors of Fermilab
Robert R. Wilson (1967-1978)
Leon Lederman (1978-1989)
John Peoples (1989-1999)
Michael S. Witherell (1999-2005)
Pier J. Oddone (2005-present)
Further Historical Material
The First Truly National Laboratory: The Birth of Fermilab History, Catherine Westfall, Ph.D. thesis, Michigan State University, 1988 [unpublished]
The following are available from the 1987 Fermilab Annual Report
The Beginnings of Fermilab: Viewpoint of an Historian, Lillian H. Hoddeson
The Fermilab Story: Viewpoint of the Chairman of the Atomic Energy Commission (1961-1971), Glenn T. Seaborg
The Early History of URA and Fermilab: Viewpoint of a URA President (1966-1981), Norman F. Ramsey
Starting Fermilab: Some Personal Viewpoints of a Laboratory Director (1967-1978), Robert W. Wilson