Les accélérateurs de demain
Le Comité International pour les futurs accélérateurs
Le problème financier devient d'autant plus sensible que la taille des accélérateurs tend à croître démesurément. À la suite des réflexions de l'ICFA, plusieurs équipes ont entrepris de rechercher de nouvelles techniques d'accélération des particules. La science des accélérateurs qui était jusqu'à présent l'apanage des laboratoires constructeurs, est maintenant l'objet de collaborations entre les spécialistes des plasmas, ceux des lasers et d'autres branches de la physique.
Perspectives
Accélérateurs linéaires de physique fondamentale
La notion Terascale qualifie une physique qui décrit les collisions des particules à hautes énergies à partir du TeV (1012 eV). Le LHC et le Tevatron sont des accélérateurs Terascale.
- L'après LHC (collisionneur circulaire) est représenté au DESY (Deutsche Elektron Synchrotron, Allemagne) par le projet de super-collisionneur linéaire TESLA Tera-Electronvolt Energy Superconducting Linear Accelerator), collisionneur linéaire e+e- entièrement supraconducteur. Le projet TESLA est un accélérateur linéaire de 33 kilomètres de long, 21 000 cavités supraconductrices qui fonctionneront à -271 °C, des champs d'accélération supérieurs à 25 MV/mètre, 500 GeV à 800 GeV d'énergie disponible à chaque collision. Le boson de Higgs et les indices des supersymétries seront étudiés.
- Une deuxième voie est représentée par le projet CLIC, préparé par le CERN mais en retard sur TESLA. L’accélérateur linéaire du CERN qui succédera au LHC, est le Compact LInear Collider (CLIC), qui utilisera des cavités accélératrices en cuivre. Le projet CLIC vise une énergie de 3 à 5 TeV. Ses cavités en cuivre permettent d’obtenir de très grandes accélérations des particules, ce qui réduit la taille de l’accélérateur. Il adopte un concept appelé « accélération à deux faisceaux », qui consiste à utiliser un faisceau de faible énergie et de haute intensité (faisceau pilote) pour créer un faisceau à haute énergie et de faible intensité (faisceau principal), en quelque sorte l’équivalent d’un transformateur électrique. Cela reste toutefois à valider sur le plan technologique.
- L’International Linear Collider (ILC) concurrent de CLIC est plus avancé mais moins puissant que lui (sa technologie est plus maîtrisée). Prévu pour les années 2012-2019 (collisionneur linéaire e+e- de 31 km de long). L'ILC souffre cependant du désengagement des gouvernements britanniques et américains.
- Le projet X est un modèle réduit (700 mètres) de l'ILC, accélérateur linéaire à protons de 8 GeV qui serait intégré au centre de l'anneau du Tevatron.
- Les physiciens américains (Fermilab) envisagent des collisions de muons et des usines à neutrinos.
Accélérateurs synchrotrons
Alors que l'on se trouve déjà à la 6e génération de machines, l'évolution technique des synchrotrons est loin d'être achevée, des progrès étant attendus sur les onduleurs, l'optique des lignes de lumière, et l'instrumentation, et notamment les détecteurs. De nouvelle perspectives existent en termes de machines dérivées des actuels synchrotrons mais complémentaires, les lasers à électrons libres (LEL).
Alternatives
Dans ces structures conventionnelles, le champ accélérateur est limité à quelque 50 MV/m à cause de claquage des parois pour des champs plus importants. Afin d'atteindre des énergies élevées, il faut donc construire des structures gigantesques (LEP, LHC mais abandon du SSC). Une alternative possible est l'accélération d'électrons par interaction laser-plasma. L'accélération a lieu dans un milieu déjà ionisé, ce qui élimine les problèmes de claquage. Les champs accélérateurs sont aussi nettement plus élevés, ce qui permet de réduire la longueur d'accélération.