Fermi National Accelerator Laboratory, também chamado Fermilab, U.S. national particle-accelerator laboratory and centre for particle-physics research, localizado em Batavia, Illinois, cerca de 43 km (27 milhas) a oeste de Chicago. As instalações são operadas para o Departamento de Energia dos EUA pela Associação de Pesquisa Universitária, um consórcio de 85 universidades de pesquisa nos Estados Unidos e 4 universidades representando o Canadá, Itália, e Japão. A Fermilab foi fundada em meados dos anos 60 em resposta a uma recomendação da Comissão de Energia Atómica de 1963 para a construção de uma instalação nacional de aceleração de partículas para a realização de investigação de classe mundial em física nuclear. O sítio Batavia, que se estende por 2.800 hectares (6.800 acres), foi seleccionado em 1966 e formalmente ocupado em 1968. O Fermilab atrai cientistas de quase todos os estados dos EUA e de 45 países do mundo inteiro para a investigação colaborativa sobre a natureza fundamental da matéria, o campo das partículas subatómicas.
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O primeiro acelerador de partículas do Fermilab foi um sincrotrão de protões, um acelerador cíclico com uma circunferência de anel de 6,3 km (3,9 milhas). Começou a funcionar em 1972 e podia acelerar protões até 400 gigaelectron volts (GeV; 400 mil milhões de electrões volts). Nos anos 80, um segundo e mais potente acelerador de partículas, o Tevatron, foi construído no mesmo túnel mas abaixo do anel original de sincrotrão.
O Tevatron era um sincrotrão supercondutor que tirava partido das maiores forças do campo magnético produzidas pelos ímanes supercondutores para acelerar os protões a níveis de energia significativamente mais elevados. O anel principal original tornou-se parte do sistema de injecção do pré-acelerador para o Tevatron, acelerando partículas até 150 GeV e depois transferindo-as para o novo anel supercondutor para aceleração até 900 GeV. Em 1987, o Tevatron começou a funcionar como um anti-colididorprotão – com os prótons 900-GeV a atingirem os antiprotões 900-GeV para fornecer energias de colisão totais de 1,8 teraelectron volts (TeV; 1,8 triliões de electrões volts). O anel principal original foi substituído em 1999 por um novo pré-acelerador, chamado Injector Principal, que forneceu feixes mais intensos ao Tevatron e assim aumentou o número de colisões de partículas por um factor de 10. O Tevatron foi o acelerador de partículas de maior energia do mundo até 2009, quando foi suplantado pelo Grande Colisor de Hadron da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN). O Tevatron encerrou a 30 de Setembro de 2011.
Em 1977 uma equipa de Fermilab liderada pelo físico americano Leon Lederman, estudando os resultados das colisões 400-GeV proton-nucleus no anel principal original, descobriu as primeiras provas para o méson upsilon, que revelaram a existência do quark inferior. O quark inferior, o quinto quark a ser detectado, é um membro do terceiro e mais pesado par de quarks. A partícula companheira deste par é o quark superior, que é o sexto e mais maciço quark; em 1995 foi também descoberto no Fermilab. Os cientistas inferiram a existência do quark superior, produzido no Tevatron em resultado das colisões 1.8-TeV proton-antiproton, com base nas suas características de decadência. Em 2010, os cientistas utilizaram o Tevatron para detectar uma ligeira preferência pelo B-mesons (partículas que contêm um quark inferior) para se decomporem em muões em vez de antimuons. Esta violação da simetria de carga poderia levar a uma explicação para a existência de mais matéria do que antimatéria no Universo.
O sítio Fermilab, constituído por milhares de hectares de terra não desenvolvida, oferece uma oportunidade privilegiada para estudar e restaurar um ecossistema de pradarias nativas. Desde 1975, Fermilab tem estado envolvido num vasto projecto de restauro de pradarias, restaurando pradarias nativas na área, mantendo uma manada de bisontes nos terrenos, e estabelecendo um habitat de aves aquáticas. Em 1989, Fermilab foi reconhecido como um Parque Nacional de Investigação Ambiental, um laboratório ao ar livre protegido para estudos ecológicos.