A lire sur: http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/physique-accelerateur-particules-tient-bout-doigt-49342/#xtor=EPR-17-[QUOTIDIENNE]-20131005-[ACTU-Un-accelerateur-de-particules-qui-tient-sur-le-bout-du-doigt]
Le principe de l'accélération par laser utilisé par les chercheurs du Slac est décrit dans cette vidéo. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © Slac National Accelerator Laboratory, YouTube
Comme l'explique cette vidéo, le réseau a été gravé sur le verre de quartz avec les techniques de gravure des puces en silicium. De vastes perspectives sont ainsi ouvertes, comme des appareils de radiographie portables ou des LHC miniatures. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © Slac National Accelerator Laboratory, YouTube
Comme leurs
collègues ailleurs dans le monde, les chercheurs de l'université
Stanford cherchent à miniaturiser les accélérateurs de particules, et
surtout à les rendre moins chers. Ils viennent d'obtenir d'excellentes
performances en utilisant une sorte de réseau gravé sur du verre de
quartz de la taille d'un grain de riz, et illuminé par un laser
infrarouge. Les accélérateurs de particules du futur pour lutter contre
le cancer par protonthérapie tiendront peut-être sur une paillasse.
Le 04/10/2013 à 13:37
- Par
Des appareils de radiographie portable sur
le lieu d'un accident, ou des synchrotons comme sources de rayons X dans
toutes les universités pour les chercheurs : voilà les rêves que
poursuivent certains physiciens. Ceux du Slac ont réussi à accélérer des
électrons avec des performances supérieures aux accélérateurs actuels
avec une sorte de réseau gravé sur un grain de quartz tenant sur le bout
d'un doigt. © Brad Plummer, Slac
Nanotechnologie et laser : telle est la recette qui a permis à un groupe de physiciens du célèbre Centre de l’accélérateur linéaire de Stanford, le Slac, d’accélérer des électrons
dix fois plus rapidement sur une distance de moins d’un millimètre
qu’avec les techniques habituelles. Rappelons qu’avec ses 3,2 km de
long, le Slac peut accélérer des électrons jusqu’à 50 GeV. Il a permis des découvertes célèbres, comme la confirmation de la structure en quarks des nucléons ou celle du quark charmé par Burton Richter.
On parle beaucoup ces derniers temps d’un autre
accélérateur linéaire, mais qui reste pour le moment à l’état de projet,
bien que les travaux nécessaires à sa conception soient arrivés à
terme. Il s’agit de l’International Linear Collider (ILC).
Il s’agit en fait d’un collisionneur formé de deux accélérateurs
linéaires. Long de presque 31 km, il devrait produire des collisions
d’électrons et de positrons
à des énergies d’au moins 500 GeV. Les chercheurs aimeraient bien
pouvoir réduire drastiquement les coûts et les tailles des machines qui
lui succéderont.
Le principe de l'accélération par laser utilisé par les chercheurs du Slac est décrit dans cette vidéo. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © Slac National Accelerator Laboratory, YouTube
Accélérateur de particules gravé comme sur une puce
Devant l’absence de découvertes de nouvelles particules avec le LHC,
il devient aussi de plus en plus difficile de convaincre les décideurs
de débloquer des crédits pour se lancer dans des machines plus
puissantes. En effet, cela est déjà assez complexe quand il s’agit de
trouver des fonds pour compléter le budget de projets aux retombées
pratiques directes, comme dans le domaine de la fusion contrôlée. Les choses changeraient si les accélérateurs pouvaient être miniaturisés et beaucoup moins chers.
C’est certainement avec ces considérations à
l’esprit que les chercheurs du Slac ont entrepris les travaux qui les
ont conduits à publier un article dans Nature sur un début de solution à ces problèmes. Comme l’apprécieront certainement les tenants de la théorie de la singularité comme Ray Kurzweil, les physiciens ont mobilisé la nanotechnologie pour graver une sorte de réseau sur un morceau de verre de quartz
de la taille d’un grain de riz. Long d’environ un demi-millimètre, ce
réseau est constitué de canaux de taille micrométrique. Comme l’explique
la vidéo ci-dessus, la structure de ce réseau modifie les oscillations
du champ électromagnétique d’un faisceau laser dans l’infrarouge. Le bilan net pour un électron voyageant à travers ces canaux est une accélération causée par les champs électriques oscillants de la lumière laser.
Comme l'explique cette vidéo, le réseau a été gravé sur le verre de quartz avec les techniques de gravure des puces en silicium. De vastes perspectives sont ainsi ouvertes, comme des appareils de radiographie portables ou des LHC miniatures. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © Slac National Accelerator Laboratory, YouTube
Des accélérateurs qui tiendraient sur une paillasse
Dans leurs expériences, les physiciens sont arrivés à
des taux d’accélération des électrons sur une longueur donnée
équivalents à augmenter leur énergie de 300 MeV par mètre. Ils pensent
pouvoir atteindre 1 GeV par mètre, ce qui veut dire qu’un Slac dans un
futur proche pourrait bien n’avoir que 50 m de long.
Il faut toutefois garder à l’esprit que les
électrons pénétrant dans le dispositif mis au point à Stanford sont déjà
des électrons ayant presque atteint la vitesse de la lumière. Il faut
donc un accélérateur de particules
classique qui sert de source primaire. C’est souvent le cas avec les
autres accélérateurs dans le monde, où un second étage d’accélération
n’augmente pas tellement la vitesse des particules, mais les dote
surtout d’une énergie bien plus élevée.
Gardons aussi à l’esprit que des accélérateurs de particules plus petits que ceux du Slac sont utilisés en médecine ou pour d’autres applications, notamment sous forme de synchrotrons.
On aimerait bien pouvoir les miniaturiser au point de les rendre
presque portables, ou pour le moins facilement constructibles pour des
hôpitaux et à bas prix. Le dispositif miniaturisé du Slac ne permet donc
pas encore de réaliser de telles choses. Il reste à miniaturiser
l’accélérateur primaire.