歐美高能物理的競爭.ppt

CERN vs Fermilab,小組成員： 2010151609 胡力元 2010151614 許升 報告人：胡力元,（一）什么是高能物理？,高能物理(HEP)是一門大科學，與其他純理論研究相比較，它的花費可謂巨大。高能物理學，即粒子物理學，是研究組成物質(zhì)和射線的基本粒子以及它們之間的相互作用的物理學的一個分支。由于許多基本粒子在大自然在一般條件下不存在或不單獨出現(xiàn)，物理學家只有使用粒子加速器在高能相撞的條件下才能生產(chǎn)和研究它們，因此粒子物理學也被稱為高能物理學。高能物理研究的主要工具是加速器，特別是對撞機，讓反向旋轉(zhuǎn)的粒子束流在對撞機中對撞。,科學家們發(fā)現(xiàn)宇宙中任何物質(zhì)都是由基本粒子組成的，其中一些粒子是穩(wěn)定的，形成正常物質(zhì)。另一些粒子生存極短時間，然后衰變成穩(wěn)定粒子，所有這些粒子在宇宙大爆炸后共存瞬間。 物理學家們努力探討物質(zhì)的組成，以及是什么力把其組合在一起。粒子極端微小。要能探測到和研究它們，需要專門的工具，這些工具就是加速器。它們能將粒子加速到很高的能量，然后讓它們對撞，產(chǎn)生其它粒子。在粒子發(fā)生對撞的地方，科學家們建起了大型探測器，能夠觀測和研究這些對撞，物理學家們可發(fā)現(xiàn)粒子的組成或創(chuàng)造新的粒子，以揭示它們之間相互作用的性質(zhì)。,蓋爾曼-西島,粒子表（20世紀60年代）,摘自費曼物理學講義（卷1）,(二)CERN和FERMILAB的簡單介紹,歐洲核子研究中心 （European Organization for Nuclear Research,CERN） 歐洲核子研究中心（CERN）是世界上最大的粒子物理研中心。 CERN成立于1954年，位于瑞士和法國的邊境，為歐洲第一個聯(lián)合科研機構(gòu)，主要為物理學家們提供必要的研究工具，即加速器和探測器。它建有世界上最大的正負電子對撞機LEP（Large Electron-Positron collider）和超級質(zhì)子同步加速器SPS(Super Proton Synchrotron)，加速器將粒子幾乎加速到光速，用探測器來探測粒子。CERN還開展了中微子發(fā)送到意大利 Gran Sasso的研究項目CNGS，旨在研究中微子振蕩。,CERN現(xiàn)有20個成員國，雇用近3000人。他們是專業(yè)廣泛的代表，包括：物理學家、工程師、技術(shù)員、管理人員、工人等。世界上的粒子物理學家有約6500人曾到CERN訪問，從事研究工作，他們代表了500所大學和80多個民族。 CERN自成立以來已經(jīng)取得了許多重要的發(fā)現(xiàn)，獲得了多項著名的獎項，包括諾貝爾獎。 CERN同時也是環(huán)球網(wǎng)WWW(World Wide Web)的發(fā)源地，環(huán)球網(wǎng)是為改善和加速在世界上不同大學和研究所工作物理學家們之間的信息共享而開發(fā)出來的，而現(xiàn)在它的學術(shù)和商業(yè)的用戶已達千百萬。 CERN的加速器和探測器采用的是最先進的技術(shù)，CERN與工業(yè)部門的密切合作使雙方受益。相關(guān)領(lǐng)域的附帶發(fā)展現(xiàn)已融入人們的生活中，包括癌癥治療、醫(yī)學和工業(yè)成像、輻射處理、電子學、測量儀器、新的加工工藝和新材料以及國際網(wǎng)絡(luò)，而這些只不過是在CERN的粒子物理研究中開發(fā)出來的許多技術(shù)中的一部份。技術(shù)轉(zhuǎn)讓已經(jīng)成為CERN開展基礎(chǔ)研究這一主要任務(wù)不可缺少的一部分。,成為國際最大的核子研究中心,數(shù)十年來，CERN先后建成質(zhì)子同步回旋加速器、質(zhì)子同步加速器PS、交叉儲存環(huán)（ISR）、超級質(zhì)子同步加速器（SPS）、質(zhì)子直線加速器（Linac2）、重離子直線加速器（Linac3）、大型正負電子對撞機（LEP）、大型強子對撞機LHC等大科學裝置，形成了具有強競爭力的大科學裝置群，吸引全世界一流的科學家到CERN開展研究，在粒子物理研究等領(lǐng)域取得了舉世矚目的成果，CERN從而成為名副其實的國際上最大的核子研究中心。,CERN鳥瞰,費米國家實驗室（National Accelerator Laboratory，F(xiàn)ermilab） 美國費米國家加速器實驗室原名為國家加速器實驗室（National Accelerator Laboratory），根據(jù)美國總統(tǒng)林頓約翰遜1967年11月21日簽署的法案建立，由當時的美國原子能委員會AEC負責管理。創(chuàng)建該所的R威爾遜（Robert R.Wilson）所長為該所建立的嚴格原則是：杰出的科學、藝術(shù)的瑰麗、土地的守護神、經(jīng)費上精打細算和機會均等。 美國原子能委員會AEC從200多個建議中，選擇美國中部伊利諾伊州芝加哥市以西30英里處韋斯頓（Weston）的巴達維亞（Batavia）作為費米實驗室的建設(shè)地點。費米實驗室所占6800英畝的場地原為農(nóng)田，原有的一些谷倉至今仍在使用，有的用作倉庫，有的用于社交活動。,恩里克費米（Enrica Fermi）,1974年，美國國會撤銷原子能委員會AEC，成立了核管理委員會NRC與能源研究與開發(fā)局ERDA。1977年，美國國會組建了能源部DOE，ERDA并入DOE。費米實驗室歸屬DOE，由美國大學研究協(xié)會URA（Universities Research Association）負責運作。,費米實驗室是美國最大的高能物理研究實驗室，在世界上僅次于歐洲核子研究中心CERN。 費米實驗室的目標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運轉(zhuǎn)的，提高人類對物質(zhì)和能量的基本屬性的理解。 為開展高能物理的前沿和相關(guān)學科的研究，費米實驗室建造和運行高能物理學家需要進行前沿研究的設(shè)施，并為未來的實驗開發(fā)新的加速器技術(shù)。費米實驗室擁有2100多名雇員，年度預(yù)算為3.07億美元。 來自美國和世界各地的高校和實驗室約2500個科研用戶在費米實驗室開展它們的研究。幾十年來費米實驗室獲得了多項研究成果，并帶動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。,豐碩成果 建成世界上最大的質(zhì)子反質(zhì)子對撞機 加速器預(yù)制研究具有獨創(chuàng)性 超導磁鐵的研究、設(shè)計與開發(fā) 探測器開發(fā) 高性能計算 醫(yī)用加速器,（三）競爭,（1）20世紀5060年代開始運作 1954年，CERN成立； 50年代，CERN質(zhì)子同步加速器(PS)； 1959年，CERN的PS調(diào)試完畢，從此連續(xù)運行。 1967年，F(xiàn)ERMILAB成立。 1968年12月1日，F(xiàn)ERMILAB的直線加速器破土動工； 1969年10月3日FERMILAB主環(huán)（200 GeV的質(zhì)子加速器）破土動工。,CERN質(zhì)子同步加速器(PS),建于20世紀50年代的質(zhì)子同步加速器PS（Proton Synchrotron），是CERN加速器中最老和用途最廣的加速器。1959年調(diào)試完畢，從此連續(xù)運行。它的直徑為200米，最高能量達GeV，一度是世界上功率最大的加速器。PS作適當修改后即可加速質(zhì)子，又可加速電子或正電子。,（2）20世紀7080年代各有千秋 1971年，CERN質(zhì)子對撞機ISR（Intersecting Storage Rings）投入運行，1984年拆除； 1971年，CERN超級質(zhì)子同步加速器SPS（Super Proton Synchrotron）開始建造，1976年投入運行； 1972年3月1日,第一個能量為200 GeV的束流通過主環(huán)，使FERMILAB產(chǎn)生了世界上最高能量的粒子。 1973年，CERN的Gargamelle氣泡室發(fā)現(xiàn)了中性流。 1974年，CERNLEP加速器上L3實驗的發(fā)言人丁肇中是1976年諾貝爾物理獎的獲獎人之一，他與美國SLAC的Burt Richter于同時發(fā)現(xiàn)J/psi粒子。 1977年6月30日，F(xiàn)ERMILAB宣布發(fā)現(xiàn)底夸克； 20世紀80年代，CERN大型正負電子對撞機LEP（Large Electron Positron Collider）動工，1989年8月13日實現(xiàn)首次對撞。,1983年物理學家魯比亞（Rubbia）和范德梅爾（Van Der Meer）在CERN的實驗中發(fā)現(xiàn)W和Z0粒子，統(tǒng)一了弱相互作用和電磁相互作用，獲得了1984年的諾貝爾物理獎。 CERNLEP加速器上ALEPH實驗的負責人，理論物理學家Jack Steinberger因中微子束流方法和通過發(fā)現(xiàn)子中微子展現(xiàn)出輕子的二重態(tài)結(jié)構(gòu)與FERMILAB的Leon Lederman和Mel Schwartz共獲1988年諾貝爾物理獎。,卡洛魯比亞,范德梅爾,Jack Steinberger,1986年，F(xiàn)ERMILAB的Stanley Livingston獲得Enrico Fermi獎； 1984年12月，F(xiàn)ERMILAB的Robert R. Wilson獲得Enrico Fermi獎；,CERNpp對撞機（ISR）,質(zhì)子對撞機ISR（Intersecting Storage Rings）使用交叉儲存環(huán)，其能量為231 GeV。,ISR的交叉儲存環(huán),CERN超級質(zhì)子同步加速器(SPS),超級質(zhì)子同步加速器SPS （Super Proton Synchrotron），主加速器平均直徑達2200米。能量輸出300 GeV至450 GeV不等。它常被用來作質(zhì)子反質(zhì)子對撞器，并為高能量電子及正電子加速。這些粒子最終被注入大型電子正電子對撞器（LEP）。 SPS于1983年改造成能量分別為400GeV的質(zhì)子-反質(zhì)子對撞機SPPS，質(zhì)子和反質(zhì)子可在這里加速到 270 GeV然后進行對撞，所得到的質(zhì)心系能量相當于 155 TeV的靜止靶加速器進行同類實驗所能達到的能量。由于亮度高于同時期美國費米實驗室的Tevatron-I，在競爭中占了上風。意大利物理學家魯比亞在SPPS上發(fā)現(xiàn)了Z0及W中間玻色子，并為此獲得1984年諾貝爾物理獎。 2007年后，SPS為大型強子對撞機（LHC）注入中子及重離子。,SPS 隧道,SPS示意圖,CERN大型正負電子對撞機(LEP),20世紀80年代，為了在與美國建造正負電子對撞機的競爭中占上風，CERN開始動工建造大型正負電子對撞機LEP（Large Electron Positron Collider），總投資6億美元（由成員國共同承擔）。 LEP周長27公里，主環(huán)跨越法國和瑞士國界，占地36公頃，安裝在地下50175米的隧道中，隧道截面為半徑1.9米的圓。LEP的主環(huán)上有488塊36米長的二級鐵、776塊四極鐵、504塊六級鐵、504塊二級校正鐵、有128個高頻腔。對撞區(qū)采用8塊超導四極鐵。1989年8月13日實現(xiàn)首次對撞，正負電子的能量分別為50 GeV。 LEP是由多級加速器串接而成，包括：LIL-EPA-PS-SPS-LEP，成為連續(xù)性的加速裝置，使能量不斷提高，每臺機器將束流注入到下一臺機器里，然后將束流加速到更高點的能量。,直線加速器LIL（LEP injector Linac）引出的正電子注入正電子積累環(huán)EPA（Electron-Positron Accumulator）后進行積累，達到足夠強度后引出并與LIL引出的電子束一起注入PS加速后再注入SPS加速，最終注入LEP加速并實現(xiàn)對撞。,直線加速器LIL,正電子積累環(huán)EPA,LEP上有四個大型實驗設(shè)施：ALEPH、DELPHI、L3和OPAL。中國參加了其中的ALEPH和L3實驗及后續(xù)的L3C實驗。 LEP的二期工程中，用256個超導腔逐步換下原有的128個高頻腔，將正負電子能量分別提高到100 GeV，總對撞能量為200 GeV。,LEP二期的超導腔,(3)20世紀末以及21世紀 1992年6月，F(xiàn)ERMILAB的Leon Lederman獲得Enrico Fermi獎。 1994年4月26日，F(xiàn)ERMILAB宣布頂夸克的第一個直接證據(jù)。 1995年3月3日，F(xiàn)ERMILABCDF和D0合作組的實驗人員宣布發(fā)現(xiàn)頂夸克。 1995年，CERN成功以射擊反質(zhì)子制造反氫原子。 1996年11月18日，F(xiàn)ERMILAB觀測到反氫原子。 CERN的理論物理學家Georges Charpak1968年發(fā)明了多絲正比室及其隨后研制出的探測器，開創(chuàng)了電子探測粒子的新時代。因他的發(fā)明，特別是多絲正比室探索物質(zhì)最內(nèi)部結(jié)構(gòu)技術(shù)上的突破而獲1992年諾貝爾物理獎。 1997年，F(xiàn)ERMILAB發(fā)現(xiàn)頂夸克（t）。 1999年，CERN于NA48實驗中直接發(fā)現(xiàn)CP破壞存在的證據(jù) 1999年3月1日，F(xiàn)ERMILAB在中性K介子中觀測到直接的CP破缺。 2000年4月13日，F(xiàn)ERMILAB斯隆數(shù)字化巡天在紅移5.8觀測到最遙遠的物體；。,2000年7月20日，F(xiàn)ERMILABDONuT實驗報告直接觀測到t中微子的第一個證據(jù)，從而開啟了物理研究的一個新時代； 2001年11月7日，F(xiàn)ERMILABNuTeV合作組報告Sinqw異乎尋常的高值為0.2277； 2001年，CERN決定拆除LEP原有的全部磁鐵和設(shè)備，建造實現(xiàn)7.7 TeV能量的質(zhì)子-質(zhì)子的對撞的大型強子對撞機LHC（Large Hadron Collider） 2005年7月9日，F(xiàn)ERMILAB首次在再循環(huán)環(huán)中觀測到電子冷卻反質(zhì)子；,2006年1月12日，F(xiàn)ERMILAB斯隆數(shù)字化巡天II報告發(fā)現(xiàn)139個新型1a超新星。 2006年9月25日，F(xiàn)ERMILAB發(fā)現(xiàn)Bs 物質(zhì)反物質(zhì)振蕩: 3萬億次/秒。 2006年10月23日，F(xiàn)ERMILAB發(fā)現(xiàn) b重子（u-u-b和d-d-b）。 2007年1月7日，F(xiàn)ERMILABCDF宣布通過單個實驗對W波色子質(zhì)量的最精確測量結(jié)果；2007年6月，發(fā)現(xiàn) b重子（d-s-b夸克組合）。,2007年6月28日，F(xiàn)ERMILABSDSSII發(fā)表約2.87億個天體包括197個類型的1a超新星的圖象。 2007年11月8日，F(xiàn)ERMILABPierre Auger天文臺觀測到超高能不均勻分布。 2008年3月30日，F(xiàn)ERMILAB發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生ZZ雙波色子。 2009年3月9日，F(xiàn)ERMILAB發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生單個頂夸克。 2009年3月11日，F(xiàn)ERMILABD0實驗室組宣布W波色子質(zhì)量的最佳測量結(jié)果。 2009年3月18日，F(xiàn)ERMILAB發(fā)現(xiàn)新的夸克結(jié)構(gòu)，命名為Y（4140）。,CERN大型強子對撞機(LHC),2001年，CERN決定拆除LEP原有的全部磁鐵和設(shè)備，建造實現(xiàn)7.7 TeV能量的質(zhì)子-質(zhì)子的對撞的大型強子對撞機LHC（Large Hadron Collider）?？偼顿Y48億1千9百萬瑞士法郎（由美國、日本、俄羅斯、印度等國共同出資），LHC成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施，21世紀前十多年中世界唯一的質(zhì)子-質(zhì)子對撞機，總撞擊能量達 14 TeV，主要用于開展模擬宇宙大爆炸的實驗，尋找理論上預(yù)見的物理現(xiàn)象。,CERN的大型強子對撞機（LHC）,為節(jié)省經(jīng)費，LHC將充分利用CERN現(xiàn)有的設(shè)備和設(shè)施，如27公里長的LEP隧道，粒子源和以前的加速器等。LHC采用了最先進的超導磁鐵和加速器技術(shù)，加速器通道中主要放置兩個質(zhì)子束管。加速管由超導磁鐵所包覆，管中的質(zhì)子以相反的方向，環(huán)繞著整個環(huán)型加速器運行。,LHC利用原LEP的27公里周長的隧道， 隧道直徑三米，貫穿瑞士與法國邊境,LHC示意圖,在粒子進入主加速環(huán)之前，經(jīng)過一系列加速設(shè)施逐級提升能量。由兩個直線加速器引出的質(zhì)子束流送入質(zhì)子同步加速器PS后可達到25 GeV的能量，然后在超級質(zhì)子同步加速器SPS中可將質(zhì)子的能量提升到450 GeV。LHC主環(huán)上分布著約7000塊磁鐵，這些磁鐵用液態(tài)氮氣冷卻到約1.9K的溫度，已經(jīng)接近絕對零度，磁鐵上的線圈達到超導狀態(tài)，以提供持續(xù)穩(wěn)定的磁場。質(zhì)子被加速至7 TeV進行對撞，總撞擊能量達到14 TeV。 LHC運行時對撞點上每秒鐘發(fā)生至少6億次粒子對撞，環(huán)上的不同對撞點建有CMS、ATLAS、LHCb、ALICE四個大型探測器，對撞產(chǎn)生的各種粒子被探測器測量、記錄，并作物理分析。,LHC上的大型探測器示意圖,萬億電子伏特加速器Tevatron,在美國，最高能量的對撞機就是費米實驗室的萬億電子伏特加速器Tevatron，在歐洲核子中心CERN的大型強子對撞機LHC建成之前，Tevatron是世界上最大的加速器。,萬億電子伏特加速器 Tevatron示意圖,Tevatron隧道,Tevatron位于地面25英尺以下。 在該加速器內(nèi)，粒子束流穿過 一個大部分由超導磁鐵環(huán)繞的 真空管道。各類磁鐵的組合使 束流按大的圓形彎轉(zhuǎn)。Tevatron 共有1000多塊超導磁鐵。超導 磁鐵比常規(guī)磁鐵產(chǎn)生更強的磁場， 工作在華氏450度，磁鐵內(nèi)的 電纜沒有電阻，傳導大量的電流。 特大的磁力可將粒子加速到更高的 能量。,Tevatron主控制室,（1）加速器鏈 Tevatron由多級加速器組成：750keV的預(yù)注入器、200MeV的直線加速器、8GeV的增強器和500GeV的主加速器。,預(yù)注入器：預(yù)注入器也叫高壓倍加器，是用來產(chǎn)生質(zhì)子束流的低能強流加速器。質(zhì)子從這里開始加速，把從離子源中引出的負氫離子加速到750keV。,直線加速器：直線加速器是產(chǎn)生帶負電的氫離子是產(chǎn)生質(zhì)子和反質(zhì)子束流的第一步。費米實驗室的第一個直線加速器建于1971年，最初加速粒子高達200 MeV。1993年進行了升級，由9個加速節(jié)組成，長約500英尺，可將預(yù)注入器中產(chǎn)生的帶負電的離子加速到400 MeV，或大約光束的70。束流從直線加速器出來，經(jīng)中能輸運段進入增強器。,增強器：位于地下約20英尺的增強器是一個環(huán)型加速器，進入增強器的離子要穿過碳箔，碳箔從氫離子中去掉電子，產(chǎn)生帶正電子的質(zhì)子。增強器利用磁鐵使質(zhì)子束流在圓形軌道中彎轉(zhuǎn)，圍繞增強器運行20000次。每一圈中它們都在高頻腔中經(jīng)歷一個來自電場的加速力，這使得到加速周期結(jié)束時將質(zhì)子的能量加速到8GeV，然后引出束流向主加速器注入。,主注入器：主注入器1999年竣工，有以下功能：（1）將質(zhì)子從8 GeV加速到150 GeV；（2）產(chǎn)生120 GeV質(zhì)子，用于反質(zhì)子的產(chǎn)生；（3）從反質(zhì)子源接收反質(zhì)子并把它們的能量提高到150 GeV；（4）將質(zhì)子和反質(zhì)子注入Tevatron。,主 注 入 器 （下） 與 返 航 器 （上）,反質(zhì)子源：為產(chǎn)生反質(zhì)子，主注入器把120 GeV的質(zhì)子送到反質(zhì)子源，質(zhì)子與鎳靶對撞，產(chǎn)生范圍很廣的次級粒子，包括許多反質(zhì)子。反質(zhì)子被收集，聚焦后存在儲存環(huán)內(nèi)，并對它們進行累積和冷卻。當產(chǎn)生足夠數(shù)量的反質(zhì)子后，它們被送到返航器再進行冷卻和累積，然后注入Tevatron。,Tevatron：接收從主注入器來的150 GeV的質(zhì)子與反質(zhì)子，并將其幾乎加速到1000 GeV。質(zhì)子與反質(zhì)子按相反的方向在Tevatron里運轉(zhuǎn)，速度每小時僅比光速慢200英里。質(zhì)子與反質(zhì)子束流在Tevatron隧道中的CDF和D0探測器的中心部分發(fā)生對撞，爆發(fā)式地產(chǎn)生新粒子。,（2）探測裝置 固定靶： 三條光束線將質(zhì)子從主注入器傳送到中微子靶。這個區(qū)域的束流也測試探測器，并進行不涉及中微子的固定靶實驗。將各種材料的樣品放入光束線中，研究各種類型的粒子和它們的相互作用。利用這些裝置，物理學家們在1977年6月30日發(fā)現(xiàn)底夸克和2000年Donut實驗探測到t中微子。,CDF與D0探測器： CDF與D0探測器是物理學家們在Tevatron上用來觀測質(zhì)子和反質(zhì)子之間對撞的兩個探測器。探測器大如三層樓房，每個探測器都有許多探測分系統(tǒng)，這些分系統(tǒng)識別來自幾乎在光速發(fā)生對撞所產(chǎn)生的不同類型的粒子。通過分析這些“碎片”，探究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、空間和時間。質(zhì)子反質(zhì)子在CDF和Do探測器中心每秒發(fā)生200多萬次的對撞，產(chǎn)生大量的新粒子。對于有趣的事例，探測器記錄每個粒子的飛行軌道、能量、動量和電荷。物理學家們倒班工作，一天24小時地監(jiān)測探測器的運行情況。,CDF探測器,CDF與D0探測器位置示意圖,D0探測器,建設(shè)歷程 1968年12月1日，費米實驗室的直線加速器破土動工；1969年10月3日主環(huán)（200 GeV的質(zhì)子加速器）破土動工。1972年3月1日第一個能量為200 GeV的束流通過主環(huán)，使費米實驗室產(chǎn)生了世界上最高能量的粒子。1972年12月14日主環(huán)能量倍增到400 GeV。1978年，為進一步提高粒子的能量，費米實驗室決定建造體積更大、功能更強的大型對撞機，先集中技術(shù)力量，將主環(huán)的能量提高至1兆電子伏特。1981年，主環(huán)創(chuàng)造400 GeV時3 x1013 質(zhì)子/脈沖的世界紀錄。1983年7月，產(chǎn)生了世界上第一個能量為512 GeV的束流（當時命名為能量倍增器Energy Doubler）。,1983年8月16日，反質(zhì)子源破土動工，準備耗資1.2億美元建造世界上能量最高的粒子加速器質(zhì)子反質(zhì)子對撞機Tevatron。Tevatron的1000塊超導磁鐵由液氦冷卻，使溫度達到攝氏零下268度，其低溫冷卻系統(tǒng)為當時加速器歷史上最大的低溫系統(tǒng)。 1984年2月，能量倍增器產(chǎn)生了第一個能量為800 GeV的束流。1985年10月13日，CDF探測器在質(zhì)心能量1.6 TeV時首次觀測到質(zhì)子反質(zhì)子對撞。1986年10月20日能量倍增器產(chǎn)生第一個能量為900 GeV的束流。Tevatron成為世界最高能量的質(zhì)子-反質(zhì)子對撞機。,1992年，D0探測器開始調(diào)試。為增加質(zhì)子反質(zhì)子的對撞次數(shù)Tevatron開始第一次升級改造，稱為Tevatron-II，在原2公里隧道外新建一個能量為150 GeV的常規(guī)磁鐵環(huán)作為新的注入器，亮度提高10倍。目標是尋找希格斯粒子，如果理論學家的預(yù)言是正確的，那么這將有助于解釋為什么宇宙中的萬物都有質(zhì)量。 1993年5月22日主注入器加速器破土動工。1993年9月4日，新的400 MeV直線加速器調(diào)試完成。1995年，創(chuàng)造了高能質(zhì)子反質(zhì)子粒子對撞次數(shù)的世界紀錄。,1996年，Tevatron第一次升級改造完成，向CDF和D0發(fā)送180 pb-1，實驗觀測到了反氫原子。1997年，為固定靶實驗2.86E13發(fā)送創(chuàng)記錄的流強800 GeV 束流；主環(huán)加速器關(guān)閉并進行拆除。 1999年，主注入器落成。2000年，固定靶項目結(jié)束，為43個實驗提供束流。大型探測器CDF和DO進行了改進，為新的重大發(fā)現(xiàn)和開展新的物理工作奠定基礎(chǔ)。 2001年，Tevatron第二次升級開始。2004年，加速器的峰值亮度達到1X1032cm-2s-1。2005年，積分亮度達到1fb-1；首次在再循環(huán)環(huán)中觀測到電子冷卻反質(zhì)子。2006年，反質(zhì)子源聚積率首次超過20mA/小時。2008年峰值亮度超過3X1032cm-2s-1；在單個一周內(nèi)發(fā)送50pb-1。 2011年1月11日，費米實驗室宣布Tevatron將于2011年9月關(guān)閉。,FERMILAB超大型強子對撞機,費米實驗室正在分兩個階段進行超大型強子對撞機的設(shè)計研究。第一個階段，利用放在大周長隧道中的堅固超鐵氧體磁鐵，該對撞機的對撞能量達到40 TeV，亮度與西歐中心大型強子對撞機LHC的亮度一樣。第一階段的潛在科學目標完全實現(xiàn)后開始第二階段的工作。在同一隧道中安裝上高磁場磁鐵，對撞能量至少達到175 TeV。,為達到所需能量，第一個階段所用的低場磁鐵需要233公里長的隧道。雖然建造這樣長的隧道面臨工程量大、管理和公眾接受的挑戰(zhàn)，在技術(shù)上似乎沒有什么不可能在大約6年時間里建成的理由，以便開始建造10年后對機器進行調(diào)試。磁