يقع مختبر فيرميلاب (Fermilab) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، في باتافيا بولاية إلينوي، وقد سُمي على اسم الفيزيائي الإيطالي (إنريكو فيرمي- Enrico Fermi) الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938. ومنذ تأسيسه في عام 1967، على مساحة تبلغ 6800 فدان، حصد العديد من الإنجازات المهمة.

أُسِّسَ فيرميلاب للكشف عن النيوترينو وفك ألغازه، وفهم خصائص الميونات، وحل لغز الطاقة المظلمة والمادة المظلمة اللتين تشكلان 95% من كوننا.

إنجازات مختبر فيرميلاب

• اكتشف الكوارك القعري عام 1977 تحت قيادة الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل (ليون ليدرمان). يعد الكوارك القعري واحدًا من 12 جسيمًا أوليًا معروفًا تشكِّل نسيج الكون، ويعد أثقل هذه الجسيمات الأولية؛ إذ يزن 10 أضعاف كتلة البروتون.

• اكتشف الكوارك العلوي عام 1995 -بعد أن تنبأ النموذج القياسي بوجوده منذ 20 عامًا، ويعد آخر الكواركات الستة المكتشفة- في مختبر فيرميلاب باستخدام مسرع التيفاترون. تميز ذلك الكوارك العلوي بثقله الشديد، فهو يعادل ثقل ذرة ذهب. قِيسَت كتلة الكوارك العلوي بدقة لاحقًا، وقد ساعدت هذه الدقة العلماء على التركيز على كتلة بوزون هيجز غير المكتشف.

• اكتشف جسيم تاو نيوترينو عام 2000 -وهو النوع الثالث من النيوترينو المعروف لفيزيائيي الجسيمات- عن تجربة المراقبة المباشرة للنيوترينو تاو (DONUT) في فيرميلاب. وذلك بعد أن اكتُشف نيوترينو الإلكترون ونيوترينو الميون عامَي 1956 و1962 على التوالي.

• ساهم مختبر فيرميلاب أيضًا في العديد من الاكتشافات الأخرى كاكتشاف بوزون هيجز، والذي تم العثور عليه في مصادم الهادرون الكبير في سيرن عام 2012، كان هذا الاكتشاف تتويجًا لما يقرب من خمسة عقود من العمل من قبل آلافٍ من علماء الفيزياء والمهندسين، وشملت الأبحاث (مصادم الهادرون الكبير، ومسرع تيفاترون من فيرميلاب، ومصادم الإلكترون-البوزيترون الكبير بسيرن).
  أدَّى علماء فيرميلاب دورًا مهمًّا في العديد من الخطوات التي أدت إلى العثور على جسيم هيجز؛ نتيجة تجارب مسرع التيفاترون، والتي قدمت أدلة على إنتاج هيجز بوزون، بالإضافة إلى قوة الحوسبة والقيادة الفكرية في تحليل البيانات.

• يعمل أكثر من 100 عالم من علماء فيرميلاب على تجارب لولب مركب للميون (CMS) في سيرن. واعتبارًا من عام 2010، ساهم بأكثر من 643 مليون دولار في إجمالي الناتج الاقتصادي في ولاية إلينوي وحدها.

• أنتج أول حزمة جسيمية عالية الطاقة في 1 مارس 1972. ومنذ ذلك الحين، استخدمت مئات التجارب مسرعات فيرميلاب لدراسة المادة على نطاقات أصغر ودراسة الكون على مسافات بعيدة.

• يحتوي مختبر فيرميلاب على المصادم تيفاترون (Tevatron)، وهو مصادم جسيمات يبلغ طوله أربعة أميال، ويعد أقوى مصادم (للبروتون والبروتون المضاد) للطاقة في العالم نتيجة احتوائه على المغناطيسات فائقة التوصيل.

• بنى أكبر كاشف للأشعة الكونية في العالم، مرصد بيير أوجيه (Pierre Auger Observatory)، لمعالجة أصل الأشعة الكونية عالية الطاقة. افترض الباحثون سابقًا أن الأشعة الكونية تقترب من الأرض بشكل موحد من اتجاهات عشوائية. وفي عام 2007، أعلن الباحثون في بيير أوجيه أن الأشعة الكونية الأكثر نشاطًا التي تؤثر على الأرض تأتي من اتجاه مركز المجرة النشطة اللتي تحتوي على ثقب أسود محاطًا بتيار مستمر من الغاز والنجوم. وهذه الإشعاعات عالية الطاقة يمكن ملاحظتها بواسطة التلسكوبات الراديوية والأشعة السينية وأشعة جاما على الأرض.

كما أنه في السابع من أبريل الماضي (7 أبريل 2021) أُعيدت تجربة (الميون جي-2) لقياس العزم المغناطيسي للميونات بشكل أدق، وكانت النتائج صادمة؛ إذ تم تسجيل انحراف في القيمة التجريبية عن النظرية بمقدار ضئيل للغاية (00000000251.)، وهي ذات دلالة إحصائية مقدارها 4.2 سيجما. أدى هذا إلى وقوع العلماء في حيرة لتفسير هذا الخلل.

يعد فيرميلاب أحد المعامل التي أضافت الكثير من الاكتشافات إلى فيزياء الجسيمات كما قدمت العديد من التقنيات الجديدة؛ مثل المغناطيسات فائقة التوصيل، وتجاويف التردد اللاسلكي فائقة التوصيل، والتي تعتبر ضرورية لمسرعات الجسيمات. بالإضافة إلى العديد من التطبيقات في الطب والطاقة النووية وعلوم المواد التي استخدمت في مجالات عدة مثل تطوير آلات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لبناء أول معجل للبروتون لعلاج السرطان.