Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, también llamado Fermilab, laboratorio nacional estadounidense de aceleración de partículas y centro de investigación de física de partículas, situado en Batavia, Illinois, a unos 43 km (27 millas) al oeste de Chicago. La instalación es operada para el Departamento de Energía de los Estados Unidos por la Asociación de Investigación Universitaria, un consorcio de 85 universidades de investigación de los Estados Unidos y 4 universidades que representan a Canadá, Italia y Japón. El Fermilab se fundó a mediados de la década de 1960 en respuesta a una recomendación de 1963 de la Comisión de Energía Atómica de construir una instalación nacional de aceleradores de partículas para llevar a cabo investigaciones de categoría mundial en física nuclear. El emplazamiento de Batavia, que se extiende por 2.800 hectáreas, fue seleccionado en 1966 y ocupado formalmente en 1968. El Fermilab atrae a científicos de casi todos los estados de Estados Unidos y de 45 países de todo el mundo para colaborar en la investigación de la naturaleza fundamental de la materia, el campo de las partículas subatómicas.
El primer acelerador de partículas del Fermilab fue un sincrotrón de protones, un acelerador cíclico con una circunferencia de anillo de 6,3 km (3,9 millas). Comenzó a funcionar en 1972 y podía acelerar protones hasta 400 gigaelectronvoltios (GeV; 400.000 millones de electronvoltios). En la década de 1980 se construyó un segundo y más potente acelerador de partículas, el Tevatrón, en el mismo túnel pero por debajo del anillo original del sincrotrón.
El Tevatrón era un sincrotrón superconductor que aprovechaba las mayores intensidades de campo magnético producidas por los imanes superconductores para acelerar protones hasta niveles de energía significativamente mayores. El anillo principal original pasó a formar parte del sistema de inyección del preacelerador del Tevatrón, acelerando partículas hasta 150 GeV y transfiriéndolas después al nuevo anillo superconductor para acelerarlas hasta 900 GeV. En 1987, el Tevatrón comenzó a funcionar como un colisionador de antiprotones, con protones de 900 GeV que chocan con antiprotones de 900 GeV para proporcionar energías de colisión totales de 1,8 teraelectronvoltios (TeV; 1,8 billones de electronvoltios). El anillo principal original fue sustituido en 1999 por un nuevo preacelerador, denominado Inyector Principal, que suministraba haces más intensos al Tevatrón y, por tanto, multiplicaba por 10 el número de colisiones de partículas. El Tevatrón fue el acelerador de partículas de mayor energía del mundo hasta 2009, cuando fue sustituido por el Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). El Tevatrón cerró el 30 de septiembre de 2011.
En 1977, un equipo del Fermilab dirigido por el físico estadounidense Leon Lederman, estudiando los resultados de las colisiones protón-núcleo de 400-GeV en el anillo principal original, descubrió la primera evidencia del mesón upsilon, que reveló la existencia del quark inferior. El quark bottom, el quinto quark detectado, es un miembro del tercer y más pesado par de quarks. La partícula compañera de este par es el quark top, que es el sexto y más masivo; en 1995 también se descubrió en el Fermilab. Los científicos dedujeron la existencia del quark top, producido en el Tevatron como resultado de colisiones protón-antiprotón de 1,8 TeV, basándose en sus características de desintegración. En 2010, los científicos utilizaron el Tevatrón para detectar una ligera preferencia de los mesones B (partículas que contienen un quark inferior) por decaer en muones en lugar de antimuones. Esta violación de la simetría de carga podría conducir a una explicación de por qué hay más materia que antimateria en el universo.
El emplazamiento del Fermilab, que consiste en miles de hectáreas de terreno no urbanizado, ofrece una excelente oportunidad para estudiar y restaurar un ecosistema de pradera nativo. Desde 1975, el Fermilab lleva a cabo un amplio proyecto de restauración de praderas, que consiste en restaurar los pastos nativos de la zona, mantener una manada de bisontes en los terrenos y crear un hábitat para las aves acuáticas. En 1989 Fermilab fue reconocido como Parque Nacional de Investigación Medioambiental, un laboratorio al aire libre protegido para estudios ecológicos.