Accélérateur de particules - Définition et Explications

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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 (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique,...) des particules. La science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour...) des accélérateurs qui était jusqu'à présent l'apanage des laboratoires constructeurs, est maintenant l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) de collaborations entre les spécialistes des plasmas, ceux des lasers et d'autres branches de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...).

Perspectives

Accélérateurs linéaires de physique fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.)

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 (Le DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, « Synchrotron d'électrons allemand ») est un important centre de recherche en Europe en...) (Deutsche Elektron Synchrotron, Allemagne) par le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) de super-collisionneur linéaire TESLA Tera-Electronvolt Energy Superconducting Linear Accelerator), collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) linéaire e+e- entièrement supraconducteur. Le projet TESLA est un accélérateur linéaire de 33 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) disponible à chaque collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.). Le boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble;...) 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 cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et...). 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 (Un transformateur électrique est un convertisseur qui permet de modifier les valeurs de la tension et de l'intensité du courant délivrées par une source d'énergie électrique alternative en un système de...). 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 (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) 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 (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) des lignes de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...), et l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :), 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 (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) accélérateur est limité à quelque 50 MV/m à cause de claquage (En électronique ou électrotechnique, le claquage est un phénomène qui touche entre autres tous les éléments qui ont un but isolant...) 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 (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) possible est l'accélération d'électrons par interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en...) 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 (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme...) d'accélération.

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