Accélération des particules : des accélérateurs plus courts font leurs preuves

Il reste encore des zones d’ombre autour des éléments qui constituent la matière, mais également l’énergie à l’origine des interactions entre les différentes particules. L’accélération de particules, en l’occurrence des électrons, fournit les premiers éléments de réponse.

Entrées en collision les unes contre les autres, les molécules forment de nouvelles molécules de haute énergie.

Ces expériences permettent aussi d’explorer de nouveaux champs, comme l’énergie à l’origine des phénomènes cosmiques, dont le big-bang, les éruptions solaires, les trous noirs, et plus encore.

Ce sont des particules se déplaçant presque à la vitesse de la lumière qui entrent en collision. Les physiciens étudient actuellement les données d’une accélération à petite échelle réussie.

Les accélérateurs circulaires du CERN

Le Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN) a mis sur pied le plus imposant complexe en matière d’accélération de particules.

Les physiciens ont à leur disposition plusieurs kilomètres d’accélérateurs qui forment un anneau gigantesque d’une circonférence de 27 km. Cette logistique permet de réaliser les collisions de particules qui se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière.

Pour parvenir à cette performance, les scientifiques utilisent des plasmas créés par laser. Ce sont les physiciens américains Tajima et Dawson qui ont eu cette idée en 1979. L’impulsion laser permet d’obtenir un champ électrique longitudinal par le plasma. L’énergie ainsi obtenue est alors suffisamment puissante pour projeter les électrons presque à la vitesse de la lumière.

Pour des accélérateurs moins coûteux

Tout en utilisant l’imposante logistique du CERN, les scientifiques ont mis au point le programme Wakefield. Les principes de base sont les mêmes : utiliser du plasma pour créer un champ électrique capable de propulser les particules à près de 300 000 km/h. Cette fois, les accélérateurs seront beaucoup plus courts que l’anneau du CERN. C’est moins coûteux et les expériences sont moins complexes.

L’idée des scientifiques consiste à envoyer un faisceau d’électrons ou de protons ou un laser à travers le plasma. Les collisions entre le faisceau et les électrons libres du plasma créent des champs électriques intenses. Les particules injectées à ce stade seront accélérées sur-le-champ, créant un champ électrique 10 fois plus fort, tout au moins.

Matthews Wing, professeur de physique à l’University College London, est convaincu que ces nouveaux accélérateurs sont l’avenir des expériences d’accélération de particules.