Fermilab

Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi

Vista satelital del Fermilab. Las dos estructuras circulares son el anillo inyector principal (más pequeño) y el Tevatron (más grande).
Establecido	21 de noviembre de 1967 ; hace 56 años (como Laboratorio Nacional de Aceleradores) ( 21 de noviembre de 1967 )
Tipo de investigación	Física del acelerador
Presupuesto	739 millones de dólares (2024) [1]
Campo de investigación	Física del acelerador
Director	Lia Merminga
DIRECCIÓN	Apartado Postal 500
Ubicación	Municipio de Winfield, condado de DuPage , Illinois , Estados Unidos 41°49′55″N 88°15′26″O / 41.83194, -88.25722
Apodo	Fermilab
Afiliaciones	Departamento de Energía de EE. UU. Universidad de Chicago Asociación de Universidades de Investigación
Premios Nobel	León Max Lederman
Sitio web	fnal.gov
Mapa
Ubicación en Illinois

El Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi ( Fermilab ), ubicado en Batavia, Illinois , cerca de Chicago , es un laboratorio nacional del Departamento de Energía de los Estados Unidos especializado en física de partículas de alta energía .

El inyector principal del Fermilab, de 3,3 km de circunferencia, es el acelerador de partículas más potente del laboratorio . ^[2] El complejo de aceleradores que alimenta al inyector principal está en proceso de modernización, y la construcción del primer edificio para el nuevo acelerador lineal PIP-II comenzó en 2020. ^[3] Hasta 2011, el Fermilab albergaba el acelerador Tevatron , de 6,28 km de circunferencia . Los túneles en forma de anillo del Tevatron y del inyector principal son visibles desde el aire y por satélite.

Fermilab aspira a convertirse en un centro mundial en física de neutrinos . Es el anfitrión del multimillonario Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) que ahora está en construcción. ^[4] El proyecto ha sufrido retrasos y, en 2022, las revistas Science y Scientific American publicaron artículos que describían el proyecto como "problemático". ^{[5] [6]} Los experimentos de neutrinos en curso son ICARUS (Imaging Cosmic and Rare Underground Signals) y NOνA ( NuMI Off-Axis ν _e Appearance). Los experimentos de neutrinos completados incluyen MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), MINOS+ , MiniBooNE y SciBooNE (SciBar Booster Neutrino Experiment) y MicroBooNE (Micro Booster Neutrino Experiment).

Los experimentos in situ fuera del programa de neutrinos incluyen el experimento de objetivo fijo SeaQuest y Muon g-2 . Fermilab continúa participando en el trabajo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC); sirve como un sitio de nivel 1 en la Red Mundial de Computación del LHC. ^[7] Fermilab también realiza investigaciones en ciencia de la información cuántica. ^[8] Fundó el Instituto Cuántico Fermilab en 2019. ^[9] Desde 2020, también es sede del Centro SQMS (Materiales y Sistemas Cuánticos Superconductores). ^[10]

Desde 2007 hasta 2024, Fermilab estuvo a cargo de Fermi Research Alliance (FRA), una empresa conjunta de la Universidad de Chicago y la Universities Research Association (URA). A partir del 1 de enero de 2025, la gestión pasará a manos de Fermi Forward Discovery Group, LLC (FFDG), un consorcio formado por FRA, Amentum Environment & Energy, Inc. y Longenecker & Associates. La reestructuración de la gestión se debió a graves problemas de rendimiento, ^{[11] [12]} incluidos los reflejados en el informe de los "denunciantes" del 15 de julio de 2024. ^[13]

Fermilab es parte del Corredor de Tecnología e Investigación de Illinois .

El asteroide 11998 Fermilab recibe su nombre en honor al laboratorio.

Weston, Illinois , era una comunidad vecina a Batavia que fue expulsada por su junta municipal en 1966 para proporcionar un sitio para el Fermilab. ^[14]

El laboratorio fue fundado en 1969 como Laboratorio Nacional de Aceleradores ; ^[15] fue rebautizado en honor a Enrico Fermi en 1974. El primer director del laboratorio fue Robert Rathbun Wilson , bajo cuya dirección el laboratorio abrió antes de tiempo y por debajo del presupuesto. Muchas de las esculturas del lugar son de su creación. Es el homónimo del edificio del laboratorio de gran altura del lugar, cuya forma única se ha convertido en el símbolo del Fermilab y que es el centro de la actividad en el campus.

Después de que Wilson dimitiera en 1978 para protestar por la falta de financiación para el laboratorio, Leon M. Lederman se hizo cargo del puesto. Bajo su dirección, el acelerador original fue sustituido por el Tevatron, un acelerador capaz de hacer colisionar protones y antiprotones a una energía combinada de 1,96 TeV. Lederman dimitió en 1989 y siguió siendo director emérito hasta su muerte. El centro de educación científica del lugar recibió su nombre en su honor.

Los directores posteriores son:

• John Peoples , de 1989 a 1996
• Michael S. Witherell , julio de 1999 a junio de 2005
• Piermaria Oddone , julio de 2005 a julio de 2013 ^[16]
• Nigel Lockyer , septiembre de 2013 a abril de 2022 ^[17]
• Lia Merminga , abril de 2022 hasta la actualidad ^[18]

Antes de la puesta en marcha en 2008 del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerca de Ginebra, Suiza, el Tevatron era el acelerador de partículas más potente del mundo, acelerando protones y antiprotones a energías de 980  GeV , y produciendo colisiones protón-antiprotón con energías de hasta 1,96  TeV , el primer acelerador en alcanzar una energía de "tera-electron-voltio". ^[19] Con 3,9 millas (6,3 km), era el cuarto acelerador de partículas más grande del mundo en circunferencia. Uno de sus logros más importantes fue el descubrimiento en 1995 del quark top , anunciado por equipos de investigación que usaban los detectores CDF y DØ del Tevatron . ^[20] Fue cerrado en 2011.

Desde 2013, la primera etapa del proceso de aceleración (inyector preacelerador) en la cadena de aceleradores Fermilab ^[21] tiene lugar en dos fuentes de iones que ionizan gas hidrógeno . El gas se introduce en un recipiente revestido de electrodos de molibdeno, cada uno de ellos un cátodo ovalado del tamaño de una caja de cerillas y un ánodo circundante, separados por 1 mm y sujetos por aisladores de vitrocerámica. Un Cavity_magnetron genera un plasma para formar los iones cerca de la superficie del metal. Los iones son acelerados por la fuente a 35  keV y acoplados mediante transporte de haz de baja energía (LEBT) hacia el cuadrupolo de radiofrecuencia (RFQ) que aplica un campo electrostático de 750  keV que proporciona a los iones su segunda aceleración. A la salida del RFQ, el haz es acoplado mediante transporte de haz de energía media (MEBT) hacia la entrada del acelerador lineal (linac). ^[22]

La siguiente etapa de aceleración es un acelerador lineal de partículas (linac). Esta etapa consta de dos segmentos. El primer segmento tiene cinco cavidades de tubo de deriva, que operan a 201 MHz. La segunda etapa tiene siete cavidades acopladas lateralmente, que operan a 805 MHz. Al final del linac, las partículas se aceleran a 400  MeV , o aproximadamente el 70% de la velocidad de la luz . ^{[23] [24]} Inmediatamente antes de entrar en el siguiente acelerador, los iones H ⁻ pasan a través de una lámina de carbono, convirtiéndose en iones H ^{+ (} protones ). ^[25]

Los protones resultantes entran entonces en el anillo de refuerzo, un acelerador circular de 468 m (1.535 pies) de circunferencia cuyos imanes doblan los haces de protones en una trayectoria circular. Los protones viajan alrededor del Booster unas 20.000 veces en 33 milisegundos, añadiendo energía con cada revolución hasta que salen del Booster acelerados a 8  GeV . ^[25] En 2021, el laboratorio anunció que su último imán superconductor YBCO podría aumentar la intensidad del campo a una velocidad de 290 teslas por segundo, alcanzando una intensidad máxima del campo magnético de alrededor de 0,5 teslas. ^[26]

La aceleración final la aplica el inyector principal [circunferencia 3.319,4 m (10.890 pies)], que es el más pequeño de los dos anillos de la última imagen de abajo (en primer plano). Finalizado en 1999, se ha convertido en el "patio de maniobras de partículas" de Fermilab ^[27], ya que puede enviar protones a cualquiera de los experimentos instalados a lo largo de las líneas de haz después de acelerarlos a 120 GeV. Hasta 2011, el inyector principal proporcionaba protones al anillo de antiprotones [circunferencia 6.283,2 m (20.614 pies)] y al Tevatron para una mayor aceleración, pero ahora proporciona el último empujón antes de que las partículas alcancen los experimentos de la línea de haz.

• 
  Dos fuentes de iones en el centro con dos gabinetes electrónicos de alto voltaje al lado ^[28]
• 
  Dirección del haz de derecha a izquierda: RFQ (plata), MEBT (verde), primer tubo de deriva del acelerador lineal (azul) ^[28]
• 
  Un amplificador de potencia 7835 que se utiliza en la primera etapa del acelerador lineal ^[23]
• 
  Un klistrón de 12 MW utilizado en la segunda etapa de linac ^[23]
• 
  Vista en corte de las cavidades de acoplamiento lateral de 805 MHz ^[29]
• 
  Anillo de refuerzo ^[30]
• 
  Anillos del acelerador del Fermilab. El inyector principal está en primer plano y el anillo de antiprotones y el Tevatrón (inactivo desde 2011) en segundo plano.
• 
  El imán de almacenamiento en forma de anillo E989 en el Fermilab

Reconociendo las mayores demandas de haces de protones para apoyar nuevos experimentos, Fermilab comenzó a mejorar sus aceleradores en 2011. Se espera que continúe por muchos años ^[31] , el proyecto tiene dos fases: Plan de Mejora de Protones (PIP) y Plan de Mejora de Protones-II (PIP-II). ^[32]

PIP (2011-2018)

Los objetivos generales del PIP son aumentar la tasa de repetición del haz del amplificador de 7 Hz a 15 Hz y reemplazar el hardware antiguo para aumentar la confiabilidad de la operación. ^[32] Antes del inicio del proyecto PIP, se estaba realizando un reemplazo del inyector del preacelerador. El reemplazo de los generadores Cockcroft-Walton de casi 40 años de antigüedad para RFQ comenzó en 2009 y se completó en 2012. En la etapa de Linac, los módulos de monitor de posición del haz analógico (BPM) se reemplazaron con placas digitales en 2013. Se espera que se complete un reemplazo de las bombas de vacío de Linac y el hardware relacionado en 2015. Todavía se está realizando un estudio sobre el reemplazo de los tubos de deriva de 201 MHz. En la etapa de refuerzo, un componente principal del PIP es actualizar el anillo del amplificador a una operación de 15 Hz. El amplificador tiene 19 estaciones de radiofrecuencia. Originalmente, las estaciones del amplificador operaban sin un sistema de accionamiento de estado sólido que era aceptable para una operación de 7 Hz pero no de 15 Hz. En 2004, un proyecto de demostración convirtió una de las estaciones a una unidad de estado sólido antes del proyecto PIP. Como parte del proyecto, las estaciones restantes se convirtieron a estado sólido en 2013. Otra parte importante del proyecto PIP es renovar y reemplazar cavidades Booster de 40 años de antigüedad. Muchas cavidades se han renovado y probado para operar a 15 Hz. Se espera que la renovación de las cavidades se complete en 2015, después de lo cual la tasa de repetición se puede aumentar gradualmente a una operación de 15 Hz. Una actualización a más largo plazo es reemplazar las cavidades Booster con un nuevo diseño. La investigación y el desarrollo de las nuevas cavidades están en marcha, y se espera que se reemplacen en 2018. ^[31]

PIP-II

Los objetivos de PIP-II incluyen un plan para suministrar 1,2 MW de potencia de haz de protones desde el inyector principal al objetivo del experimento de neutrinos subterráneos profundos a 120 GeV y una potencia cercana a 1 MW a 60 GeV con la posibilidad de ampliar la potencia a 2 MW en el futuro. El plan también debería respaldar los experimentos actuales de 8 GeV, incluidos Mu2e, Muon g−2 y otros experimentos de neutrinos de línea base corta. Estos requieren una actualización del Linac para inyectar al Booster con 800 MeV. La primera opción considerada fue agregar un Linac superconductor de "postcombustión" de 400 MeV en el extremo final del 400 MeV existente. Esto habría requerido mover el Linac existente 50 metros (160 pies) hacia arriba. Sin embargo, hubo muchos problemas técnicos con este enfoque. En su lugar, Fermilab está construyendo un nuevo Linac superconductor de 800 MeV para inyectar al anillo Booster.

La construcción del primer edificio para el acelerador PIP-II comenzó en 2020. ^[3] El nuevo sitio del Linac estará ubicado en la parte superior de una pequeña porción de Tevatron cerca del anillo Booster para aprovechar la infraestructura eléctrica, hídrica y criogénica existente. El Linac PIP-II tendrá una línea de transporte de haz de baja energía (LEBT), un cuadrupolo de radiofrecuencia (RFQ) y una línea de transporte de haz de energía media (MEBT) operadas a temperatura ambiente a 162,5 MHz y con un aumento de energía de 0,03 MeV. El primer segmento del Linac operará a 162,5 MHz y la energía se incrementará hasta 11 MeV. El segundo segmento del Linac operará a 325 MHz y la energía se incrementará hasta 177 MeV. El último segmento del Linac operará a 650 MHz y tendrá un nivel de energía final de 800 MeV. ^[34]

A partir de 2022, la fecha estimada de inicio del acelerador PIP-II es 2028. ^[35] El proyecto fue aprobado para su construcción en abril de 2022 con un costo esperado para el Departamento de Energía de $978 millones y con $330 millones adicionales en contribuciones de socios internacionales. ^[36]

Las siguientes partículas fueron observadas directamente por primera vez en Fermilab:

• El quark top ^[37] anunciado en 1995 por el experimento DØ y el experimento CDF .
• El quark bottom , que fue observado como un par quark-antiquark llamado mesón Upsilon ^[38], anunciado en 1977 por el Experimento 228.
• El neutrino tau , anunciado en julio de 2000 por la colaboración DONUT . ^[39]
• El barión Omega inferior (
  Ohmio^-b
  _​), anunciado por el experimento DØ de Fermilab en 2008. ^[40]

En 1999, los físicos del experimento KTeV también fueron los primeros en observar la violación directa de CP en las desintegraciones de kaones . ^[41]

El experimento DØ y el experimento CDF hicieron contribuciones importantes a la observación del bosón de Higgs , anunciada en 2012. ^[42]

Fermilab desmanteló el experimento CDF ( Detector de Colisiones de Fermilab ) ^[43] para dejar espacio disponible para IARC (Centro de Investigación de Aceleradores de Illinois). ^[44]

Los físicos del Fermilab siguen desempeñando un papel clave en el programa mundial de colisionadores. El Centro de Física del LHC (LPC) en el Fermilab es un centro regional de la Colaboración del Solenoide de Muón Compacto (el experimento está alojado en el CERN ). El LPC ofrece una comunidad vibrante de científicos del CMS de los EE. UU. y desempeña un papel importante en la puesta en servicio del detector CMS y en el diseño y desarrollo de la actualización del detector. ^[45] Fermilab es el laboratorio anfitrión del USCMS, ^[46] que incluye investigadores de 50 universidades estadounidenses, incluidos 715 estudiantes. Fermilab alberga el centro de computación de nivel 1 del CMS más grande, y maneja aproximadamente el 40% de las solicitudes de computación de nivel 1 del CMS a nivel mundial. El 9 de febrero de 2022, Patricia McBride (física) del Fermilab fue elegida portavoz de la colaboración CMS. ^[47]

Durante este período, el laboratorio también estableció un nuevo programa de investigación en ciencias de la información de vanguardia, incluido el desarrollo de tecnología de teletransportación cuántica ^[48] para la Internet cuántica y el aumento de la vida útil de los resonadores superconductores ^[49] para su uso en computadoras cuánticas.

El programa in situ de la década de 2020 se centra principalmente en la frontera de intensidad de la física de partículas, especialmente la física de neutrinos y las búsquedas de física rara mediante muones. También continúa un programa que explora la estructura de los nucleones.

• ANNIE : Experimento de interacción entre neutrones y aceleradores ^[50] (Estado, junio de 2023: ejecución completada, ejecución futura planificada)
• Experimento de neutrinos subterráneos profundos (DUNE), anteriormente conocido como Experimento de neutrinos de línea de base larga (LBNE) ^[51] (Estado, junio de 2023: ejecución futura planificada)
• Experimento ICARUS : originalmente ubicado en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) y trasladado al Fermilab. ^[52] (Estado, junio de 2023: en funcionamiento)
• MiniBooNE : experimento Mini Booster Neutrino ^[53] (estado, junio de 2023: ejecución completada)
• MicroBooNE : experimento de neutrinos con microboost ^[54] (estado, junio de 2023: ejecución completada)
• MINERνA : experimento de inyector principal con νs en As ^[55] (estado, junio de 2023: ejecución completada)
• Mu2e : Experimento de conversión de muones a electrones ^[56] (Estado: junio de 2023: ejecución futura planificada)
• Muón g−2 : Medición del momento dipolar magnético anómalo del muón ^[57] (Estado, junio de 2023: ejecución completada)
• NOνA : NuMI Off-axis ν _e Appearance ^[58] (Estado, junio de 2023: en ejecución)
• SeaQuest ^[59] (Estado, junio de 2023: ejecución completada)
• SBND: Detector de neutrinos de línea de base corta ^[60] (estado, junio de 2023: ejecución futura planificada)
• SpinQuest ^[61] (Estado, junio de 2023: ejecución futura planificada)

Fermilab se esfuerza por convertirse en el líder mundial en física de neutrinos a través del Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos en la Instalación de Neutrinos de Línea de Base Larga. Otros líderes son el CERN , que lidera la física de aceleradores con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), y Japón, que ha sido aprobado para construir y liderar el Colisionador Lineal Internacional (ILC). Fermilab será el sitio de la futura línea de luz del LBNF, y la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford (SURF), en Lead, Dakota del Sur, es el sitio seleccionado para albergar el detector lejano masivo. El término "línea de base" se refiere a la distancia entre la fuente de neutrinos y el detector. El diseño actual del detector lejano es para cuatro módulos de argón líquido instrumentado con un volumen fiducial de 10 kilotones cada uno.

Según el Informe de Diseño Conceptual de 2016, se esperaba que los dos primeros módulos estuvieran completos en 2024, y que el haz estuviera operativo en 2026. Se planeó que los módulos finales estuvieran operativos en 2027. ^[62] En 2022, el costo de dos módulos de detector lejano y el haz, solo, había aumentado a $3 mil millones. Esto llevó a una decisión de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de poner en marcha el experimento en fases. ^[5] La fase I constaría de dos módulos, que se completarían en 2028-29, y la línea de haz, que se completaría en 2032. La instalación de la fase II, los dos módulos de detector lejano restantes, aún no está planificada y tendrá un costo superior a los $3 mil millones estimados para la fase I. ^[5]

Un gran prototipo de detector construido en el CERN tomó datos con un haz de prueba entre 2018 y 2020. Los resultados muestran que ProtoDUNE funcionó con una eficiencia superior al 99 %. ^[63]

El programa LBNF/DUNE de física de neutrinos tiene previsto medir parámetros físicos fundamentales con gran precisión y explorar la física más allá del Modelo Estándar . Se espera que las mediciones que realizará DUNE aumenten en gran medida la comprensión de la comunidad de físicos sobre los neutrinos y su papel en el universo, lo que permitirá dilucidar mejor la naturaleza de la materia y la antimateria. Enviará el haz de neutrinos de mayor intensidad del mundo a un detector cercano en el sitio de Fermilab y al detector lejano a 800 millas (1300 km) de distancia en SURF.

El detector MiniBooNE era una esfera de 12 m de diámetro que contenía 800 toneladas de aceite mineral revestida con 1520 detectores de fototubos . Se estima que se registraron 1 millón de eventos de neutrinos cada año. SciBooNE se encontraba en el mismo haz de neutrinos que MiniBooNE, pero tenía capacidades de seguimiento de grano fino. El experimento NOνA utiliza, y el experimento MINOS utilizó, el haz NuMI (Neutrinos at the Main Injector) de Fermilab, que es un haz intenso de neutrinos que viaja 732 km a través de la Tierra hasta la mina Soudan en Minnesota y el río Ash, Minnesota, sitio del detector lejano NOνA. En 2017, el experimento de neutrinos ICARUS se trasladó del CERN al Fermilab. ^{[64] [65]}

Muon g−2 : (pronunciado "gee menos dos") es un experimento de física de partículas para medir la anomalía del momento magnético de un muón con una precisión de 0,14  ppm , lo que será una prueba sensible del Modelo Estándar .

Fermilab continúa un experimento realizado en el Laboratorio Nacional de Brookhaven para medir el momento dipolar magnético anómalo del muón .

El momento dipolar magnético ( g ) de un leptón cargado ( electrón , muón o tau ) es casi igual a 2. La diferencia con respecto a 2 (la parte "anómala") depende del leptón y se puede calcular con bastante exactitud basándose en el actual Modelo Estándar de física de partículas . Las mediciones del electrón concuerdan perfectamente con este cálculo. El experimento de Brookhaven realizó esta medición para los muones, una medición mucho más difícil técnicamente debido a su corta vida útil, y detectó una tentadora, pero no definitiva, discrepancia de 3  σ entre el valor medido y el calculado.

El experimento de Brookhaven terminó en 2001, pero 10 años después Fermilab adquirió el equipo, ^[66] y está trabajando para hacer una medición más precisa (  σ más pequeña ) que eliminará la discrepancia o, con suerte, la confirmará como un ejemplo experimentalmente observable de física más allá del Modelo Estándar .

El elemento central del experimento es un imán superconductor de 15 metros de diámetro con un campo magnético excepcionalmente uniforme. Este imán fue transportado, en una sola pieza, desde Brookhaven en Long Island , Nueva York, hasta Fermilab en el verano de 2013. El traslado recorrió 5.100 kilómetros en 35 días, la mayor parte del tiempo en una barcaza a lo largo de la Costa Este y río arriba por el Mississippi .

El imán fue restaurado y encendido en septiembre de 2015, ^[67] y se confirmó que tiene el mismo1300  ppm (0,13 %) pp de uniformidad básica del campo magnético que tenía antes del traslado. ^{[68] : 4}

El proyecto se centró en calzar el imán para mejorar la uniformidad de su campo magnético. ^[68] Esto se había hecho en Brookhaven, ^[69] pero se vio alterado por el movimiento y tuvo que hacerse nuevamente en Fermilab.

En 2018, el experimento comenzó a recopilar datos en Fermilab. ^[70] En 2021, el laboratorio informó que los resultados del estudio inicial que involucraba a la partícula desafiaban el Modelo Estándar , con el potencial de descubrir nuevas fuerzas y partículas. ^{[71] [72]}

En agosto de 2023, el grupo del Fermilab afirmó que podrían estar más cerca de demostrar la existencia de una nueva fuerza de la naturaleza. Han encontrado más evidencia de que las partículas subatómicas, llamadas muones, no se comportan de la manera predicha por la teoría actual de la física subatómica. ^[73]

A partir de la década de 2010, las demoras y los sobrecostos generaron importantes preocupaciones sobre la mala gestión del laboratorio.

En 2014, el Panel de Priorización de Proyectos de Física de Partículas ("P5") recomendó ^[74] tres iniciativas importantes para la construcción en el sitio de Fermilab. Dos eran experimentos de física de partículas: el Experimento de Neutrinos en las Profundidades Subterráneas y Mu2e . El tercero era la actualización del acelerador PIPII descrita anteriormente. Además, el P5 recomendó la participación de Fermilab en el LHC en el CERN .

Hasta 2022, dos proyectos del Fermilab recomendados por el P5 habían sufrido retrasos sustanciales:

• El Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos , con la Instalación de Neutrinos de Línea de Base Larga que lo posibilita, se propuso al P5 como un proyecto de 1000 millones de dólares; el costo estimado en dólares de 2021 fue de más de 3000 millones de dólares, con operaciones de detectores lejanos que comenzarían en 2029 y estarían en pleno funcionamiento en 2032. ^[75]
• El experimento Mu2e debía producir resultados preliminares en 2020, ^[76] pero ahora esto se ha pospuesto hasta 2026. ^[77]

Incluso experimentos más pequeños, por debajo del nivel de costo de la aprobación individual del P5, que se propusieron en el momento del P5 de 2014 sufrieron retrasos considerables. El detector cercano de línea de base corta (SBND) que se propuso en 2014 ^[78] con una escala de costo de 10 millones de dólares estaba originalmente programado para la toma de datos en la primavera de 2018, ^[79] pero ahora está programado para comenzar en el otoño de 2023. ^[78]

El Departamento de Energía levantó las alarmas ya en el año fiscal (FY) 2019. Cada año, la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. revisa y califica los laboratorios nacionales de su cartera en ocho métricas de desempeño. ^[80] Fermilab ha recibido las calificaciones más bajas entre los laboratorios nacionales en los años fiscales 2019, 2020, 2021 y 2022. Se asignó una rara calificación C para la gestión de proyectos en 2021, lo que refleja los retrasos y los sobrecostos. ^[81] En un artículo en la revista Science , James Decker, quien fue subdirector principal de la Oficina de Ciencias del DOE de 1973 a 2007, afirmó que la evaluación del desempeño para 2021 fue "una de las más mordaces que he visto". ^[11]

Además, en 2020, la comunidad de física de altas energías expresó su preocupación por el hecho de que el costo de los proyectos importantes en Fermilab haya llevado a la desviación de fondos del programa de investigación central de física de altas energías, perjudicando la salud del campo. ^{[82] [83]} El Congreso aumentó el presupuesto anual de la física de altas energías de menos de $800 millones en aproximadamente $250 millones a más de $1 mil millones, un aumento del 30% que se destinó principalmente a apoyar grandes proyectos en Fermilab. ^[84]

Los retrasos del proyecto Fermilab provocaron un cambio sustancial en el liderazgo en 2022. ^[5] En septiembre de 2021, Nigel Lockyer , director de Fermilab, dimitió. ^[85] Lockyer fue sustituido por Lia Merminga , jefa del proyecto PIP II. ^[86] El 31 de marzo de 2022, James Siegrist, director asociado de Física de Altas Energías de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, que había supervisado la respuesta al informe P5, dimitió. ^[87] En septiembre de 2022, se anunció que el subdirector de Investigación Joseph Lykken dimitiría, para ser sustituido por la profesora de Yale Bonnie Fleming, que anteriormente se desempeñaba como subdirectora de investigación del programa de neutrinos del Fermilab. ^[88] Regina (Gina) Rameika se unió a la Oficina de Ciencias del DOE como directora asociada de la Oficina de Física de Altas Energías en su lugar el 7 de noviembre de 2022, dejando atrás su función de portavoz del Experimento DUNE. ^[89]

Aunque estos reemplazos representan una renovación sustancial de los puestos directivos, la nueva dirección procede del equipo directivo del periodo 2014-2022 y el Fermilab ha seguido padeciendo turbulencias desde este cambio. En particular, han surgido nuevos problemas en relación con la seguridad y el acceso de empleados, visitantes y contratistas.

El 25 de mayo de 2023, un contratista cayó desde una altura de 7 metros mientras intentaba asegurar las barras de refuerzo de una pared para el nuevo sitio del proyecto PIP II. ^[90] El contratista fue trasladado en avión al hospital en un accidente considerado el peor ocurrido en el sitio en décadas. ^[91] Una Junta de Investigación de Accidentes designada por el DOE concluyó que el incidente era evitable y "recomendó una larga lista de controles de gestión y seguridad necesarios para evitar que se repita un accidente de este tipo". ^[90] Como resultado del accidente, el proyecto PIP II de 1.000 millones de dólares que es crucial para el éxito del Experimento DUNE se ha retrasado. ^[90]

El 1 de septiembre de 2023, la directora de investigación, Bonnie Fleming, anunció que el sistema de aceleradores de Fermilab se cerraría temporalmente por razones de seguridad. ^[92] El 9 de septiembre de 2022, el DOE emitió la orden DOE O 420.2D titulada "Seguridad de los aceleradores". Este documento establece los requisitos de seguridad específicos de los aceleradores financiados por el DOE y sus operaciones. La administración de Fermilab tuvo un año para cumplir con la orden, pero no cumplió con los requisitos en ese plazo. El acelerador principal de Fermilab reanudó su funcionamiento después de que se completara la implementación de la DOE O 420.2D, a fines de la primavera de 2024.

Debido a un déficit presupuestario para el año fiscal 2024, Fermilab anunció la suspensión de sus empleados y el cierre de sus operaciones y acceso público durante una semana en agosto, una acción que se sumó a la considerable lucha en el laboratorio. ^[93] La necesidad de una suspensión fue sorprendente ya que el presupuesto creció "un considerable 7,6% a $ 739 millones" ^[93] en el año fiscal 2024. Más allá de esto, el cierre de seis meses del acelerador por incumplimiento de la norma DOE O 420.2D debería haber representado ahorros sustanciales en el presupuesto de operaciones. Según la revista Science , las suspensiones aparentemente se debieron a un crecimiento mal administrado: "solo de 2022 a 2023, [el personal del laboratorio] creció en 176 miembros, o el 9%, a 2160". ^[93] Tracy Marc, directora de los servicios de medios de Fermilab, dijo a WTTW News que, a pesar del cierre, "la salud financiera general del laboratorio permanece intacta y está siendo administrada". ^[94]

El 15 de julio de 2024, se subió al servidor de preimpresiones de física arXiv un informe que contenía acusaciones muy graves de encubrimientos en el laboratorio . ^[13] Las acusaciones, que también se informaron en la prensa, ^{[93] [95] [96]} incluían:

• "La presunta agresión sexual de la colaboradora de NOvA y DUNE que presentó y ganó su demanda de 2022 en el Reino Unido [después de que esta] fuera desestimada por el personal de FNAL".
• "Encubrimiento de un caso de armas en el lugar en 2023, con promoción del autor y despido pretextual del testigo".
• "Encubrimiento de un intento de herir gravemente con un vehículo industrial a una electricista por parte de un... empleado varón".
• "Encubrimiento de explosión de vidrieras de berilio, con posterior ascenso del responsable".
• "Un ambiente de trabajo hostil, donde las críticas constructivas suelen ser ignoradas y contra las que se toman represalias".

El informe también relata una letanía de quejas sobre el funcionamiento diario del laboratorio que se han reportado en este artículo, arriba, así como un nuevo reclamo de "excesos de contingencia de PIP-II dentro del año a partir de la aprobación del CD3" que potencialmente podrían impactar el programa LBNF/DUNE.

Para mayor credibilidad, el informe proporcionó relatos detallados de testigos oculares para respaldar las acusaciones. ^[13] Más allá de eso, alguna información ya se había divulgado públicamente anteriormente. Por ejemplo, la primera acusación sobre un caso flagrante de acoso sexual se publicó en The Guardian ^[97] y el hecho de que el demandante había presentado una queja al Fermilab, que no tomó ninguna medida, aparece en documentos judiciales. ^[98] Un comentario recurrente de los científicos a la prensa que respalda las preocupaciones del informe es el miedo a las represalias de la dirección del Fermilab si se plantean preocupaciones. ^[93] Para que los denunciantes permanecieran anónimos, el informe fue subido al servidor de preimpresión de arXiv por Giorgio Bellettini, que es un líder respetado en el campo de la física de partículas, habiendo servido como portavoz de la colaboración para el detector de colisiones en Fermilab dos veces. ^[99] Su posición en la comunidad le da credibilidad adicional al informe. Una segunda carta de apoyo firmada por William Barletta del Instituto Tecnológico de Massachusetts también se incluyó con el informe subido a arXiv.

El informe fue entregado al subdirector de Operaciones de la Oficina de Ciencias del DOE, Dr. Juston Fontaine, y a la subsecretaria de Ciencia e Innovación del DOE, Geraldine Richmond, en junio de 2024. ^[13] Se hizo público un mes después, después de que los funcionarios del DOE no respondieran. ^[13] El 29 de julio de 2024, la directora del Fermilab, Lia Merminga, emitió una respuesta escueta a los científicos preocupados, diciendo: "El documento [del denunciante] afirma varios desafíos en el Fermilab, algunos de los cuales son inexactos, y otros de los cuales [la Alianza de Investigación Fermi] ha estado trabajando arduamente para abordar durante algún tiempo". ^[96] En una reunión de todo el personal, Merminga también le dijo al personal científico que "dejara de quejarse". ^[93]

En vista de los numerosos problemas que enfrenta el laboratorio, en enero de 2023, el DOE anunció un proceso de dos años para volver a licitar el contrato para la gestión del laboratorio ^[100] debido a los problemas de rendimiento. ^[11] El anuncio del DOE sobre la competencia explicó: "el propósito de esta competencia de contratos es solicitar y adjudicar un nuevo contrato de M&O que dará como resultado un mejor desempeño y eficiencia de los contratistas en FNAL. El DOE espera que esta competencia genere enfoques nuevos e innovadores para planificar el futuro del Laboratorio". ^[101] En una reunión informativa para posibles licitantes el 1 de marzo de 2023, las diapositivas de la presentación ampliaron los temas incluidos en "Principales desafíos/riesgos", e incluso destacaron la preocupación: "El laboratorio sigue teniendo desafíos en la gestión financiera y la gestión de adquisiciones. Las auditorías destacan repetidamente las mismas deficiencias y fallas de control año tras año. Las acciones correctivas implementadas han dado como resultado poco o ningún progreso. Los problemas de adquisición significativos han obstaculizado la capacidad del laboratorio para entregar con éxito sistemas/recursos comerciales eficientes y efectivos para posibilitar la Misión Científica. Siguen existiendo preocupaciones importantes con respecto a la capacidad de gastar los fondos del gobierno de manera efectiva, eficiente y conforme a las normas". ^[102] Los innumerables problemas que enfrenta un nuevo contratista se enumeraron en enero de 2024 en la sección de noticias de la revista Nature . ^[103]

El 1 de octubre de 2024, el Departamento de Energía anunció que el contrato de 5 mil millones de dólares para operar el Acelerador Nacional Fermi se adjudicó al recién formado Fermi Forward Discovery Group, LLC (FFDG). ^[104]    FFDG asumirá la gestión de las operaciones de Fermilab el 1 de enero de 2025, con un contrato de cinco años.

El FFDG representa un cambio incremental en la gestión con respecto a la década anterior porque el grupo incluye al equipo de gestión anterior del laboratorio, el FRA, ^[105] que consistía en la Universidad de Chicago y la Asociación de Investigación de Universidades (URA), con dos incorporaciones. La primera es Amentum Environment & Energy, Inc., que se especializa en soluciones a "desafíos en ciencia, seguridad y sostenibilidad" y es miembro de un consorcio al que recientemente se le adjudicó el contrato para la remediación y el cierre de sistemas en el Sitio Hanford del DOE . ^[106]    El segundo es Longenecker & Associates, que se especializa en limpieza ambiental, seguridad, ejecución de proyectos y apoyo a operaciones de campo y ya es subcontratista del Laboratorio Nacional de Los Álamos . ^[107]     Por lo tanto, la selección del FFDG deja sin cambios la gestión científica y de recursos humanos al tiempo que fortalece la experiencia para entregar grandes proyectos, mantener un sitio restringido y eliminar el material contaminado en el sitio. 

El Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (también conocido como Fermilab) se fundó en 1967 como un laboratorio de investigación científica abierto y, hasta el día de hoy, no realiza investigaciones clasificadas. Los planes iniciales preveían que el Fermilab empleara una fuerza de guardia "...para controlar el movimiento del personal hacia el sitio cuando se realizan pruebas", como se indica en la Declaración Ambiental de diciembre de 1971, y "...para hacer cumplir los límites del sitio". Los primeros líderes se inclinaron por una mayor apertura pública que permitiera la colaboración científica y el disfrute público, incluida la manada de bisontes reubicada.

A finales de la década de 2010 y principios de la de 2020, la dirección del Fermilab empezó a introducir severas restricciones al acceso del público y de los científicos al recinto del Fermilab. En la primavera de 2023, las restricciones se habían vuelto tan onerosas que más de 2500 físicos y visitantes del laboratorio firmaron una "petición abierta a los representantes electos para reabrir el Fermilab". ^[108] La petición afirmaba que: "Los cambios en la política de acceso socavan aspectos críticos del proceso científico, así como el funcionamiento básico del Fermilab. Se han obstaculizado la celebración de reuniones de investigación, las entrevistas a posibles empleados, la colaboración con científicos fuera del laboratorio y la puesta en marcha de nuestros famosos y eficaces programas educativos". En cuanto al público en general, la petición afirmaba: "Hoy en día, el público en general solo puede acceder a la carretera principal y, con los requisitos de identificación cada vez más estrictos, pronto sus puertas estarán cerradas para los turistas e incluso para algunos inmigrantes. Ya no podemos conducir ni andar en bicicleta por las instalaciones libremente. El parque para perros, Wilson Hall con sus exhibiciones en el piso superior y otras áreas ya no son de acceso general. La pesca y otras actividades abiertas al público han sido canceladas". La petición solicitaba enfáticamente que las políticas de acceso se revirtieran al modelo de laboratorio abierto que regía en el laboratorio antes de 2020.

En mayo de 2023, la directora Lia Merminga publicó una respuesta a la petición en el sitio web del Fermilab, ^[109] señalando que algunas áreas del sitio permanecen abiertas al público durante horarios específicos con requisitos de acceso con identificación. La respuesta de Merminga justifica las nuevas restricciones porque el laboratorio "administra una gran cantidad de información no pública", razonamiento que entra en conflicto con la petición que señala que el laboratorio está financiado completamente por los contribuyentes, no realiza investigaciones clasificadas y tiene un mandato gubernamental para publicar todos sus resultados científicos. La cobertura adicional de la petición y la respuesta de la gerencia apareció en las revistas Physics Today ^[110] y Physics World . ^[111]

De acuerdo con los requisitos de Real ID para las instalaciones del DOE, todos los visitantes adultos sin acompañante que ingresen al sitio deben presentar una identificación con fotografía emitida por el gobierno que cumpla con la Ley Real ID . ^[112] Se pueden encontrar detalles actualizados sobre el acceso en el sitio web de Fermilab. ^[113]

El primer director del Fermilab, Robert Wilson, insistió en que la estética del lugar no se viera empañada por una serie de edificios de bloques de hormigón. El diseño del edificio administrativo (Wilson Hall) se inspiró en la catedral de San Pedro de Beauvais , Francia , ^[114] aunque se realizó en un estilo brutalista . Varios de los edificios y esculturas dentro de la reserva del Fermilab representan varias construcciones matemáticas como parte de su estructura.

La espiral de Arquímedes es la forma que define varias estaciones de bombeo , así como el edificio que alberga el experimento MINOS. El estanque reflectante de Wilson Hall también exhibe un obelisco hiperbólico de 32 pies de altura (9,8 m), diseñado por Wilson. Algunas de las líneas de transmisión de alto voltaje que transportan energía a través del terreno del laboratorio están construidas para imitar la letra griega π . También se pueden encontrar ejemplos estructurales de la espiral de doble hélice del ADN y un guiño a la esfera geodésica .

Las esculturas de Wilson en el sitio incluyen Tractricious , una disposición independiente de tubos de acero cerca del Complejo Industrial construida a partir de piezas y materiales reciclados del colisionador Tevatron, y la imponente Broken Symmetry , que saluda a quienes ingresan al campus a través de la entrada de Pine Street. ^[115] Coronando el Auditorio Ramsey hay una representación de la banda de Möbius con un diámetro de más de 8 pies (2,4 m). También dispersos por los caminos de acceso y el pueblo hay una enorme prensa hidráulica y viejos canales de contención magnética, todos pintados de azul.

En 1967, Wilson trajo cinco bisontes americanos al lugar, un macho y cuatro hembras, y el Departamento de Conservación de Illinois proporcionó otros 21. ^{[116] [117]} Algunos lugareños temerosos creyeron al principio que los bisontes fueron introducidos para que sirvieran como alarma en caso de que la radiación en el laboratorio alcanzara niveles peligrosos, pero el Fermilab les aseguró que esta afirmación no tenía fundamento. Hoy, la manada de bisontes del Fermilab es una atracción popular que atrae a muchos visitantes ^[118] y los terrenos también son un santuario para otras poblaciones de vida silvestre local. ^{[119] [120]} Se ha realizado un recuento navideño de aves en el laboratorio todos los años desde 1976. ^[121]

En colaboración con el Distrito de Preservación Forestal del Condado de DuPage , Fermilab ha introducido lechuzas comunes en estructuras seleccionadas alrededor del terreno. ^[122]

Durante el funcionamiento, los haces de partículas producen tritio , un isótopo del hidrógeno que consta de un protón y dos neutrones, que es débilmente radiactivo y tiene una vida media de 12,3 años. Este puede unirse con el oxígeno para formar agua tritiada . Los niveles de tritio medidos en el sitio son bajos en comparación con los estándares ambientales y de salud federales. Fermilab monitorea el tritio que sale del sitio en las aguas superficiales y de alcantarillado, y proporciona una hoja de preguntas frecuentes para quienes desean obtener más información. ^[123]

En una reunión informativa para los posibles licitadores del contrato de gestión, celebrada el 1 de marzo de 2023, las diapositivas de la presentación indicaron que, si bien la tasa de salida de tritio del sitio está por debajo de los estándares requeridos, existe suficiente contaminación por tritio en el sitio como para representar un "desafío". ^[102] En particular, el tritio producido en la línea de luz NuMI que envía neutrinos a los experimentos en Minnesota se ha bombeado al sistema de enfriamiento de agua industrial que se utiliza para los equipos en todo el campus de Fermilab. Como resultado, se concluye que ahora "la contaminación por tritio se encuentra en gran parte en todo el complejo de investigación". ^[102]

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