accélérateur
Machine permettant de communiquer de l'énergie à des particules chargées, en vue d'explorer la structure de la matière.
PHYSIQUE
Un accélérateur de particules se compose généralement d'une source servant à produire les particules chargées (électrons, protons, ions), d'un système accélérateur qui leur communique de l'énergie et d'un système, magnétique ou électrostatique, destiné à les guider pendant l'accélération puis à les focaliser pour les projeter sur une cible. On peut distinguer trois classes d'accélérateurs : électrostatiques, linéaires et circulaires. Dans les accélérateurs électrostatiques, on applique aux particules une tension constante de l'ordre du million de volts. Dans le dispositif de Cockroft et Walton, on utilise un système multiplicateur de tension. Dans un accélérateur de type Van de Graaff, des charges électriques sont déposées, par influence ou par effet de pointe, sur une courroie isolante qui les transporte jusqu'à une électrode haute tension. Les accélérateurs linéaires utilisent un champ électrique variable qui accélère les particules en ligne droite.
Le principe des accélérateurs circulaires est fondé sur le fait qu'une particule chargée, placée dans un champ magnétique uniforme, décrit une trajectoire circulaire sur laquelle elle reçoit, à chaque tour, une impulsion (donnée par un champ électrique). Les premiers cyclotrons utilisaient des électroaimants de dimensions d'autant plus grandes que l'énergie était élevée. Dans les synchrocyclotrons, le champ magnétique croît proportionnellement à l'énergie des particules pour qu'elles décrivent un cercle fixe. C'est le principe des synchrotrons à protons ou à électrons. Dans les synchrotrons, la trajectoire des particules est définie par un chapelet d'aimants disposés sur un parcours fermé, régulier, composé d'arcs de cercle et de sections droites. Les plus grands accélérateurs actuels utilisent une succession d'aimants de guidage (dipôles), pour courber la trajectoire des particules, et de lentilles magnétiques (quadrupôles, sextupôles…), pour focaliser le faisceau de particules. La technique des aimants supraconducteurs permet d'obtenir des champs magnétiques deux à trois fois plus forts que ceux des aimants classiques.
Une autre évolution consiste à transformer ces grands accélérateurs pour les faire fonctionner en collisionneurs (LHC). Des particules sont simultanément accélérées dans des sens opposés et amenées en collisions frontales. On peut accélérer particules et antiparticules (protons-antiprotons ou électrons-positrons) dans un seul tube à vide et circuit magnétique. On a besoin, par contre, de deux tubes quand les particules accélérées sont toutes identiques. On peut avoir deux circuits magnétiques séparés (anneaux de collisions) ou un seul circuit avec des champs opposés dans les deux tubes à vide qu'il contient. Plusieurs accélérateurs d'énergie croissante peuvent être reliés, de façon à former une chaîne : c'est le cas du complexe d'accélérateurs du Cern. Des détecteurs placés autour du point de collision révèlent les particules qui sont issues des collisions.
