费米国家实验室的实验与工程

费米实验室为CERN的大型强子对撞机作贡献
 
一、LHC加速器项目
参加CERN大型强子加速器工程，负责设计和加工二分之一的MQX内超导三透镜组，设计和最后安装所有MQX磁铁，有关的校正磁铁和吸收体，并将仪器安装在低温恒温箱中．费米的任务包括加速器物理计算，借以支持内三透镜组的设计，对这些磁铁的最终技术要求及系统集成提供意见．
 
二、CMS合作
费米实验室是美方参加CMS国际合作的牵头单位，具体负责端盖μ子系统和电磁量能器的设计、加工．
 
三、BTeV实验
BTeV实验的目的在于向标准模型对CP破坏，b夸克和粲夸克态的混合和稀有衰变的解释提出挑战．几十年来，标准模型一直是基本粒子物理的理论．BTeV实验就是要找到超出标准模型的物理，其实验结果还会解释与早期宇宙有关的现象，如为什么宇宙是由物质而不是由反物质组成的．参加这一国际合作的有来自6个国家30个单位的170名科学家，他们利用费米的Tevatron质子反质子对撞机开展BTeV实验．计划2006年进行设备安装，2008年调试完毕，2009年取数据．
 
四、CKM实验
CKM实验是在费米实验室开展的一个固定靶实验，旨在测量稀有带电K介子标准模型衰变K+→p+ n`n的分支比．
 
从事二十一世纪物理发现所需新一代加速器和探测器的研究
 
一、 直线对撞机
美国SLAC，日本KEK和德国DESY都在开展直线对撞机的研究．费米实验室系SLAC的NLC和德国DESY的TESLA合作组的成员 （左图为DESY TESLA 隧道） ．2000年TESLA国际合作组向德国政府报告了TESLA设计报告，费米实验室领导一组美国实验室对设计报告的费用基础进行了分析．2001年NLC合作组对原理上主直线加速器高频回路所需基本部件进行了论证．费米实验室负责加工高频结构及领导支撑主直线加速器高频结构的支架预制研究．它从事整个直线对撞机中可采用的可调永久磁铁预制研究工作，还在土建和束流物理方面提供专门知识，是美国大学推动的在加速器方面开展直线对撞机预制研究的中心之一．
 
费米实验室对撞机物理组的任务是：对直线对撞机物理及其所需直线对撞机参数进行评估，弄清在大型强子对撞机时代直线对撞机对世界高能物理的贡献．
 
二、超大型强子对撞机
费米实验室正在进行分两个阶段建造的超大型强子对撞机的设计研究．第一个阶段，利用放在大周长隧道中的坚固超铁氧体磁铁，该对撞机的对撞能量达到40 TeV，亮度与西欧中心大型强子对撞机的亮度一样．第一阶段的潜在科学目标完全实现后，开始第二阶段超大型强子对撞机的建造．在同一隧道中安装上高磁场磁铁，对撞能量至少达到175TeV．
 
为达到所需能量，一期超大型强子对撞机所用的低场磁铁需要233公里长的隧道．虽然建造这样长的隧道面临工程量大，管理和公众接受的挑战，在技术上似乎没有为什么不可能在大约6年时间里建成的理由，以便开始建造10年后对机器进行调试．磁铁简单设计的固有特性大大减少了支撑子系统的规模和复杂性：低温负载与现在的Tevatron相同；优良的注入场品质导致好的动态孔径及磁场中低的电感和存储的低能大大简化了电源系统．所有这些因数加在一起，降低了技术部件的造价和复杂性，弥补了建造长隧道所需要的费用．据估计，该对撞机的总造价与最近刚对TESLA设计中的500 GeV的直线电子对撞机的估算造价相同．
 
三、 中微子工厂和 μ 子对撞机
费米中微子工厂和μ子对撞机 （左图） 可行性研究合作组目前由27个单位的约100名物理学家组成，旨在评估高能量高亮度μ子对撞机在质心能量100 GeV-4 TeV范围内运行的可行性和潜在力．μ子对撞机需要的高强流μ子源也可向中微子工厂注入．中微子工厂提供通往μ子对撞机的通道．