Fermi National Accelerator Laboratory, zwane także Fermilab, amerykańskie krajowe laboratorium akceleratorów cząstek i centrum badań nad fizyką cząstek, położone w Batavii, Illinois, około 43 km (27 mil) na zachód od Chicago. Obiekt jest prowadzony dla Departamentu Energii USA przez Universities Research Association, konsorcjum 85 uniwersytetów badawczych w Stanach Zjednoczonych i 4 uniwersytetów reprezentujących Kanadę, Włochy i Japonię. Fermilab został założony w połowie lat 60. w odpowiedzi na zalecenie Komisji Energii Atomowej z 1963 r. dotyczące budowy krajowego ośrodka akceleratorów cząstek w celu prowadzenia światowej klasy badań w dziedzinie fizyki jądrowej. Teren w Batavii, który rozciąga się na powierzchni 2800 hektarów (6800 akrów), został wybrany w 1966 roku i formalnie zajęty w 1968 roku. Fermilab przyciąga naukowców z prawie każdego stanu USA i z 45 krajów świata, którzy wspólnie prowadzą badania nad fundamentalną naturą materii, czyli nad cząstkami subatomowymi.
WMGoBuffs
Pierwszym akceleratorem cząstek w Fermilabie był synchrotron protonowy, cykliczny akcelerator o obwodzie pierścienia 6,3 km (3,9 mil). Rozpoczął on pracę w 1972 roku i mógł przyspieszać protony do 400 gigaelektronowoltów (GeV; 400 miliardów elektronowoltów). W latach 80. w tym samym tunelu, ale poniżej oryginalnego pierścienia synchrotronu, zbudowano drugi, potężniejszy akcelerator cząstek – Tevatron.
Tevatron był synchrotronem nadprzewodzącym, który wykorzystywał wyższe natężenia pola magnetycznego wytwarzanego przez magnesy nadprzewodzące do przyspieszania protonów do znacznie wyższych poziomów energetycznych. Oryginalny główny pierścień stał się częścią systemu wstrzykiwania preakceleratora do Tevatronu, przyspieszając cząstki do 150 GeV, a następnie przenosząc je do nowego pierścienia nadprzewodzącego w celu przyspieszenia do 900 GeV. W 1987 roku Tevatron rozpoczął pracę jako zderzacz antyprotonów – z protonami o energii 900 GeV uderzającymi w antyprotony o energii 900 GeV, co daje całkowitą energię zderzeń rzędu 1,8 teraelektronowolta (TeV; 1,8 biliona elektronowoltów). Oryginalny główny pierścień został zastąpiony w 1999 roku nowym preakceleratorem, zwanym Main Injector, który dostarczał do Tevatronu wiązki o większym natężeniu, co dziesięciokrotnie zwiększyło liczbę zderzeń cząstek. Tevatron był akceleratorem cząstek o najwyższej energii na świecie do 2009 r., kiedy to został zastąpiony przez Wielki Zderzacz Hadronów Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). Tevatron został zamknięty 30 września 2011 r.
W 1977 r. zespół Fermilabu kierowany przez amerykańskiego fizyka Leona Ledermana, badając wyniki zderzeń protonów z jądrami o energii 400 GeV w oryginalnym pierścieniu głównym, odkrył pierwsze dowody na istnienie mezonu upsilon, co ujawniło istnienie kwarka dolnego. Kwark dolny, piąty z kolei kwark, który został wykryty, jest członkiem trzeciej i najcięższej pary kwarków. Cząstką towarzyszącą tej parze jest kwark górny, który jest szóstym i najbardziej masywnym kwarkiem; w 1995 r. został on również odkryty w Fermilabie. O istnieniu kwarka górnego, produkowanego w Tevatronie w wyniku zderzeń protonów z antyprotonami o energii 1,8 TeV, naukowcy wnioskowali na podstawie jego charakterystyk rozpadu. W 2010 r. naukowcy wykorzystali Tevatron do wykrycia niewielkiej preferencji dla mezonów B (cząstek zawierających dolny kwark) do rozpadu na miony, a nie antymiony. To naruszenie symetrii ładunków może prowadzić do wyjaśnienia, dlaczego we wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii.
Zakład Fermilab, składający się z tysięcy hektarów niezagospodarowanego terenu, oferuje doskonałą okazję do badania i odtworzenia rodzimego ekosystemu prerii. Od 1975 roku Fermilab jest zaangażowany w szeroko zakrojony projekt odtwarzania prerii – przywracanie rodzimych traw preriowych na tym terenie, utrzymywanie stada bizonów na tym terenie oraz tworzenie siedliska ptactwa wodnego. W 1989 r. Fermilab został uznany za Narodowy Park Badań Środowiskowych (National Environmental Research Park), czyli chronione laboratorium do badań ekologicznych.