Im Februar 1971 begannen die Tests bei Tevatron, der damals weltweit größten Versuchsanlage, im
US-amerikanischen National Accelerator Laboratory (NAL), das heute als Fermilab bekannt ist. Es war ein 6,3 km langer unterirdischer Ring, in dem Protonen und Antiprotonen auf eine Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen mussten.
Der Einsatz war hoch. NAL-Direktor Bob Wilson hat dem US-Energieministerium versprochen, tevatron in fünf Jahren auf den Markt zu bringen. Vier Jahre nach dem Start des Projekts, für das 250 Millionen Dollar ausgegeben wurden, standen die Physiker vor einem unverständlichen Problem: Magnete, die Teilchen beschleunigen, brechen bereits in Schüben auf 0,2 GeV ab. Um dieses Hightech-Problem zu lösen, wurde eine elegante Lowtech-Lösung vorgeschlagen - ein Frettchen namens Felicia.
Wie Tevatron funktioniert
Tevatron , das bis 2011 der Wissenschaft diente, war eine Kette von Beschleunigern. Zunächst wurden Wasserstoffmoleküle durch zwei Linearbeschleuniger getrieben, wo sie ionisiert wurden, 400 MeV erreichten, Elektronen spendeten und in Protonen¹ umgewandelt wurden.
Protonen wurden zum Booster-Synchrotron geschickt. Dort erhielten sie eine Energie von 8 GeV und fielen anschließend in einen anderen Hilfsbeschleuniger (den sogenannten Hauptinjektor), der ihre Energie auf 120 GeV oder 150 GeV brachte. Protonenclots mit einer Energie von 150 GeV wurden sofort in den Hauptring mit einem Radius von 1 km injiziert, der sowohl von gewöhnlichen als auch von supraleitenden Magneten umgeben war. Dort beschleunigten sie auf 980 GeV und erreichten eine Lichtgeschwindigkeit von 99,89%.
Etwa 120 GeV-Protonen bombardierten ein Nickel-Target und erzeugten Antiprotonen. Sie versammelten sich in einem separaten Ring und fielen dann in den Hauptring, wo sie ebenfalls auf 980 GeV beschleunigten. Auf diese Weise wurde im Tevatron eine Kollisionsenergie von etwa 2 TeV gebildet. Dieser Rekord hielt fast ein Vierteljahrhundert vor dem Bau des LHC.
Erster Test
Der Bau des Tevatron, 1969.1971 sah Tevatron anders aus: Es gab keinen Hauptinjektor und kein Hauptsynchrotron, nur einen Beschleunigungsring mit einem Durchmesser von 6 km. Es enthielt 774 Dipolmagnete zur Steuerung des Teilchenstrahls und 240 vierpolige Magnete zur Fokussierung des Strahls².
Dies sind keine Kühlschrankmagnete: Jeder war 20 Fuß lang und wog fast 13 Tonnen. In den ersten Tests beschädigten die beiden Magnete die Glasfaserisolation der Spulen. Dann wiederholte sich dies mehrmals am Tag und die Forscher mussten mehrere Monate lang 350 Magnete wechseln.
Trotzdem gelang es den Physikern am 30. Juni 1971, einen gerichteten Teilchenstrom durch den Ring zu leiten. Bis August gelang es ihnen, den Strom etwa 10.000 Mal hintereinander im Kreis zu fahren. Als sie jedoch versuchten, Partikel über 7 MeV zu beschleunigen, schlossen sich die Magnete.
Der Physiker Ryuji Yamada, der den Dipolmagneten entwickelte, verstand schließlich den Grund: In der Vakuumröhre befand sich Metallstaub. "Als die Magnete ein starkes Feld erzeugten", schrieb er, "fielen Metallfragmente in den Spalt des Magneten und stoppten den Fluss, da es sich um schwaches magnetisches Material handelte." Es wurde klar, dass Sie alle zusätzlichen Fragmente entfernen müssen, aber wie?
Lösung von britischen Ingenieuren
Felicia taucht aus einer 300 Fuß langen Vakuumröhre auf.Um nach „Lösungen und Ideen zu suchen, die Geld sparen“, lud NAL den britischen Ingenieur Robert Sheldon ein. Er schlug vor, dass ein gewöhnliches Frettchen diese Aufgabe übernehmen könnte, indem es wie ein Kaninchenbau durch die Vakuumröhren läuft. "Frettchen wurden bei der Jagd auf Teile von Yorkshire verwendet", schrieb Frank Beck³, ein ehemaliger Forschungsdirektor bei Fermilab.
Die Speziallieferung von einer Pelzfarm in Minnesota sandte den Wissenschaftlern das kleinste Frettchen, das sie fanden. Felicia war 15 Zoll lang, sie hatte braunes Fell mit weißen Flecken im Gesicht und es kostete 35 Dollar.
Wissenschaftler hielten das Gaspedal an, legten Felicia ein Geschirr um den Hals und die Hinterbeine und brachten eine angebrachte Raspel an. Nachdem das Tier das Rohr passiert hatte, wollten sie den Schaft mit einem Reinigungsmittel dehnen.
Aber Felicia bemerkte sofort, dass hier kein Kaninchengeruch war und weigerte sich, in den Hauptring der Vakuumröhre zu klettern. Vielleicht hatte sie Angst vor einer schmalen, nicht beleuchteten Metallschlaufe von vier Meilen Länge.
Ein Techniker überprüft ein Gerät, das ein Vakuumsystem in einem Abschnitt eines 200-MeV-Synchrotons steuert, der sich um 1970 im Bau befindet.
Die Amerikaner gaben nicht auf. Sie überführten das rebellische Frettchen in das Labor, wo sie es trainierten, durch die Röhren einer Testanlage zu laufen, die sich noch im Bau befand. "Ihr wurde beigebracht, durch lange Tunnel zu rennen, bis sie bereit war, einen der 300 Fuß langen Abschnitte zu testen, von denen geplant war, Vakuumröhren in einem Mezzanin-Labor herzustellen", schrieb Time⁴.
Laut Beck sah Felicia nach dem ersten Lauf ein wenig müde und verlegen aus, aber völlig gesund. Sie streckte den ganzen Faden aus. Wie geplant zogen die Arbeiter die Walze durch die Röhre. Er kam mit Staubflecken bedeckt heraus.
Bald schrieben die Medien über die tapfere Felicia. Nach sieben erfolgreichen Rennen fragten Time Reporter, ob sie einen Assistenten benötige. Ein unbekannter Beamter antwortete: "Wenn Felicia schwanger wird, kann sie in der Röhre stecken bleiben."
Laut Valerie Higgins, der Archivarin und Historikerin von Fermilab, war Felicia nicht in Gefahr. „Die Abschnitte, durch die sie lief, befanden sich im Bau, sodass sie nicht belastet werden konnten. Wenn es darum geht, stecken zu bleiben oder zu ersticken, kann man sich auf die natürlichen Instinkte der Frettchen verlassen, die einfach nicht über einen zu engen Tunnel klettern würden “, sagte sie.
NAL-Mitarbeiter verehrten Felicia, fütterten sie mit Hühnchen, Leber, Fischköpfen und ihrem Lieblingsgericht - einem rohen Hamburger. Einige Angestellte trugen Felicia sogar für die Nacht zu sich nach Hause.
Versuchsende
Felicia untersucht eine offene Vakuumröhre in einem Mesonenlabor.Währenddessen schuf Ingenieur Hans Kaucki im Hauptring ein magnetisches Frettchen, um die Trümmer zu beseitigen. Er befestigte ein Dutzend Mylar-Scheiben zusammen mit einem flexiblen 700-Meter-Edelstahlkabel und einem metallanziehenden Permanentmagneten an einem Edelstahlstab. Dann feuerte er seine Erfindung mit Druckluft durch einen Abschnitt des Hauptrings. "Mit zwölf Operationen konnten wir den gesamten Ring umgehen", schrieb Yamada. "So konnten wir die gesamte Vakuumleitung reinigen, wenn auch nicht perfekt."
Aber es hat ganz gut funktioniert, denn in den nächsten Monaten hat das Team die Energie stetig erhöht und es gab keinen einzigen Stromkreis im System. Am 1. März 1972 beschleunigten Wissenschaftler den Beschleuniger auf 200 MeV.
Nachdem ein Dutzend durch die Rohre des Mezzanin-Labors gelaufen war, das Felicia nach dem Beitritt zu lang geworden war, ging sie in den Ruhestand. Sie verbrachte die meiste Zeit als Haustier.
Im folgenden Frühjahr erkrankte FALICIA im Haus des NAL-Offiziers Charles Cruz. Sie wurde zum Tierarzt gebracht, starb jedoch am 9. Mai 1972 an einem Abszessbruch im Darmtrakt.
Nach dem Tod
In dem Nachruf, den The Village Crier veröffentlichte, stand, dass geplant war, aus Felicia eine Vogelscheuche zu machen, die an das frühe Stadium der Entwicklung von NAL erinnern sollte.
Porträt von FeliciaWenn Felicia taxidermed war, dann ist nichts darüber bekannt. "Ich habe keine Beweise gefunden und niemand erinnert sich daran, dass dies jemals passiert ist", sagt Higgins, der nach Leuten suchte, die mit Felicia zusammengearbeitet hatten oder die vielleicht mehr Informationen über ihr Schicksal nach dem Tod gewusst haben. Leider haben zu wenige Zeugen dieser Ereignisse überlebt.
Die meisten historischen Artefakte, die mit Fermilab in Verbindung stehen, werden von Higgins aufbewahrt. Aber gibt es eine Chance, dass Felicia sich noch irgendwo tief in den Regalen versteckt hält?
"Es ist unwahrscheinlich", sagt Valerie, "ich wäre froh, wenn ich sie finden würde, aber jetzt gibt es fast keine Stellen im Gewölbe, an denen sich lange niemand mehr um sie gekümmert hat."
Heute ist Fermilab eines von 17 nationalen Labors, in dem mehrere Teilchenbeschleuniger installiert sind. Von den 13 bekannten subatomaren Partikeln im Standardmodell des Universums - sechs Quarks, sechs Leptonen und das Higgs-Boson - wurden dort drei entdeckt: der B-Quark im Jahr 1977, der T-Quark im Jahr 1995 und der Tau-Neutrino im Jahr 2000.
Laut der Vertreterin von Fermilab, Andrea Salles, ist der Beschleunigerkomplex bis auf mehrere Wartungsperioden rund um die Uhr in Betrieb. Zu diesem Zeitpunkt werden auch Rohre gereinigt. Bei kurzen Abschnitten verwenden die Gaspedalbediener einen langen Stock mit einem Lappen. Wenn es sich um einen langen Tunnel handelt, wenden sie eine von Felicia getestete Methode an: „Sie verwenden normalerweise das Seil, über das die Reinigungsrolle gezogen wird.“
PS
¹.
Frontalzusammenstoß: Elementare Giganten².
Hauptringzeit: Fermilabs dunkelste und spaßigste Tage³.
Fünfzig Jahre Fermilab-Geschichte⁴.
Archiv Fermilab⁵.
Wichtige Entdeckungen von Fermilab