Sciences & Techniques: Accélération des particules

« L'Accélérateur de particules Afin de découvrir les secr ets intimes de la matière , il faut briser l'atome: c ' est le rôle des grands accél érateurs -cy clotrons et s y nchrotrons - qui communiquent une énergie consid érable à cer tain es particules avan t de les fraca sser et d 'étudier leurs d é bri s.

C ' est en 1911 que le physicien britannique Ernest Rutherford of Nelson (1871-1937) découvrit la structure de l'atome: au centre d'un nuage d'électrons- petites particules de charge électrique négative -siège un noyau dense et massif , de charge électrique positive.

Ce modèle a été affiné quelques années plus tard lorsqu ' il fut découvert que le noyau était lui­ même constitué de deux types de particules: les protons , de charge électrique positive, et les neu­ trons n'aya nt aucune charge électrique (d'où leur appellation).

Les protons et les neutrons sont liés entre eux au sein du noyau par une force nucléaire d'une grande intensité .

À cette époque, pour explorer l'infiniment petit, les physiciens produisaient un rayonnement énergétique- le rayonnement alpha- qu'ils diri­ geaient contre des cibles variées afin d'étudier le résultat produit.

C'est ainsi qu'Ernest Ruthe rford en avait déduit la structure du noyau atomique.

C'est aussi grâce au radium qu'il réussit en 1919 la première réaction nucléaire , en bombardant des noyaux d'azote , transformés sous le choc en noyaux plus lourds.

En fait , ce type de rayonne­ ment devait s'avérer être lui-même une particule - un noyau d'hélium constitué de deux protons et de deux neutrons.

L.:avenir de la recherche ato­ mique passerait par la maîtrise de ces collisions.

Les atomes bombardés Dans le bombardement d' une cible atomique, plus le projectile est véloce et plus il pénètre pro­ fondément la matière jusqu'à ses niveaux les plus profonds.

Comme les projectiles utilisés-él ec­ trons , protons ou noyaux d'hé lium -sont chargés électriquement, la meilleure façon de les accé lé­ rer à des vitesses élevées consiste à les soumettre à un important voltage.

C'est l'idée qui mena le physicien américain Robert Van de Graaff (!901- 1967) à construire en 1929, à Princeton aux Etats­ Unis , un accumu l ateur électrostatique fourni s­ sant une différence de potentiel de 80 000 volts.

Le concept fut repris en Angleterre par John Cockcroft (1897-1967) et Ernest Wallon (1903- 1995) qui mirent au point un appareil linéaire accélérant des protons sous une différence de potentiel de 600000 volts.

En 1932, ils dirigèrent i Les accélérateurs modernes , A tels que le LEP du Cern , comprennent des chambres de détection où les particules fracassées sont identifiées et comptées.

Ici , un ingénieur ajuste le détecteur DELPHI avant de procéder à une expérience.

de cette manière des protons accélérés contre une cible en lithium avec pour résultat l'éclate­ ment de chaque atome de lithium en deux a­ tomes d'hélium: ainsi fut réalisée la première expérience artificielle de fission.

Les accélérateurs linéaires sont de plusieurs types.

La formule la plus classique consiste à pro­ jeter une onde électromagnétique proche de la vitesse de la lumière dans un tube conducteur: les particules se servent de cette onde comme transporteur , un peu comme un surfer profite de l'énerg ie d' une vague pour prendre de la vitesse.

Les p lus grands appareils de ce genre fonc­ tionnent sur ce principe: celui de Stan ford en Californie atteint une longueur de plus de trois kilomètres.

Au bout du conduit, les particules accé lérées débouchent sur la cible à étudier.

Cyclotron et synchrotron En même temps que les premiers accélérateurs linéaires , des accélérateurs circulaires voyaient le jour dès 1931 à l'initiative du physicien américain Ernest Lawrence (1901-1958), professeur à l'Uni- 0 c: '5 ~ z a: UJ u. »