Tevatron, accélérateur de particules situé au Laboratoire national des accélérateurs de Fermi (Fermilab) à Batavia, Illinois. Fermilab est et le Tevatron a été exploité pour le US Department of Energy par l'Universities Research Association, un consortium de 85 universités de recherche aux États-Unis et quatre universités représentant le Canada, l'Italie et le Japon. Le Tevatron était l'accélérateur de particules à l'énergie la plus élevée au monde jusqu'en 2009, date à laquelle il a été remplacé par le Grand collisionneur de hadrons de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). Le Tevatron a fermé ses portes le 30 septembre 2011.
Le Tevatron a été construit dans les années 1980 sous le premier accélérateur de particules du Fermilab, un synchrotron à protons dans un tunnel circulaire d'une circonférence de 6,3 km (3,9 miles). Le Tevatron était un synchrotron supraconducteur qui tirait parti des intensités de champ magnétique plus élevées produites par 1000 aimants supraconducteurs pour accélérer les protons à des niveaux d'énergie considérablement plus élevés. L'anneau entier a été maintenu à 4,5 kelvins (-268,7 ° C ou -451,6 ° F) par de l'hélium liquide. Le synchrotron d'origine est devenu une partie du système d'injection de pré-accélérateur pour le Tevatron, accélérant les particules à 150 GeV (1 GeV = 1 giga électron-volt = 1 milliard d'électron-volts), puis les transférant vers le nouvel anneau supraconducteur pour une accélération à 900 GeV. En 1987, le Tevatron a commencé à fonctionner comme un collisionneur proton-antiproton - avec des protons de 900 GeV frappant des antiprotons de 900 GeV pour fournir des énergies de collision totales de 1,8 téraélectron volts (TeV; 1,8 billion d'électrons volts). L'anneau principal d'origine a été remplacé en 1999 par un nouveau pré-accélérateur, l'injecteur principal, qui avait un anneau magnétique de 3,3 km (2,1 milles). L'injecteur principal a fourni des faisceaux plus intenses au Tevatron et a ainsi augmenté le nombre de collisions de particules d'un facteur 10.
La première découverte du Tevatron a été celle du quark supérieur, le sixième et le plus massif, en 1995. Les scientifiques ont déduit l'existence du quark supérieur, produit à la suite de collisions proton-antiproton de 1,8 TeV, sur la base de sa désintégration les caractéristiques. En 2010, les scientifiques ont utilisé le Tevatron pour détecter une légère préférence pour les mésons B (particules qui contiennent un quark inférieur) à se désintégrer en muons plutôt qu'en antimuons. Cette violation de la symétrie de charge pourrait conduire à expliquer pourquoi il y a plus de matière que d'antimatière dans l'univers.
Au Fermilab, le faisceau de protons, initialement sous la forme d'ions d'hydrogène négatifs (chacun un proton unique avec deux électrons), provenait d'un générateur Cockcroft-Walton de 750 kV et a été accéléré à 400 MeV dans un accélérateur linéaire. Une feuille de carbone a ensuite retiré les électrons des ions, et les protons ont été injectés dans le Booster, un petit synchrotron de 150 mètres (500 pieds) de diamètre, qui a accéléré les particules à 8 GeV. Du Booster, les protons ont été transférés vers l'injecteur principal, où ils ont été accélérés à 150 GeV avant d'être acheminés vers la phase finale d'accélération dans le Tevatron.
Les antiprotons ont été produits en dirigeant des protons accélérés à 120 GeV depuis l'injecteur principal du Fermilab sur une cible de nickel. Les antiprotons ont été séparés des autres particules produites lors des collisions sur la cible et ont été focalisés par une lentille au lithium avant d'être introduits dans un anneau appelé debuncher, où ils ont subi un refroidissement stochastique. Ils ont d'abord été transmis à un anneau d'accumulateur, puis à l'anneau de recyclage, où ils ont été stockés jusqu'à ce qu'il y ait un nombre suffisant pour l'injection dans l'injecteur principal. Cela a permis une accélération à 150 GeV avant le transfert vers le Tevatron.
Les protons et les antiprotons ont été accélérés simultanément dans le Tevatron à environ 1 TeV, dans des faisceaux contrarotatifs. Ayant atteint leur énergie maximale, les deux faisceaux ont été stockés puis autorisés à entrer en collision à des points autour de l'anneau où les détecteurs étaient situés pour capturer les particules produites lors des collisions.
Lors du stockage dans le Tevatron, les faisceaux se sont progressivement étendus de sorte que les collisions sont devenues moins fréquentes. Les faisceaux ont été «immergés» dans une cible en graphite à ce stade, et de nouveaux faisceaux ont été fabriqués. Ce processus a gaspillé jusqu'à 80 pour cent des antiprotons, qui étaient difficiles à fabriquer, donc, lorsque l'injecteur principal a été construit, une machine pour récupérer et stocker les anciens antiprotons a également été construite. Le recycleur, situé dans le même tunnel que l'injecteur principal, était un anneau de stockage construit à partir de 344 aimants permanents. Comme il n'était pas nécessaire de faire varier l'énergie des antiprotons à ce stade, le champ magnétique n'avait pas besoin de changer. L'utilisation d'aimants permanents a permis de réduire les coûts énergétiques. Le recycleur a «refroidi» les anciens antiprotons du Tevatron et les a également réintégrés avec un nouveau faisceau d'antiprotons provenant de l'accumulateur. Les faisceaux d'antiprotons plus intenses produits par le recycleur ont doublé le nombre de collisions dans le Tevatron.
Jusqu'en 2000, des protons à 800 GeV étaient extraits du Tevatron et dirigés sur des cibles pour produire une variété de faisceaux de particules pour différentes expériences. L'injecteur principal est alors devenu la machine principale pour fournir les faisceaux extraits, à l'énergie inférieure de 120 GeV mais à des intensités beaucoup plus élevées que celles fournies par le Tevatron.
