Dossier | Recherche fondamentale | Les accélérateurs de particules
Les grandes familles d'accélérateurs (2/4)
Mis à jour en février 2008
Les accélérateurs de particules
- Les accélérateurs de particules, outils indispensables pour explorer l'atome
- Les grandes familles d'accélérateurs
- Les accélérateurs de demain
- Sur le web
Pour pouvoir étudier les particules élémentaires qui forment la matière, on crée, dans des conditions parfaitement contrôlées, des chocs entre particules et on regarde ce qui se produit. C’est le principe des accélérateurs : un faisceau de particules chargées, protons ou ions ou électrons, accélérées jusqu’à des vitesses proches de celle de la lumière, vient bombarder une cible fixe. Lors du choc, des réactions nucléaires ont lieu et les noyaux de la cible sont cassés. On étudie les noyaux résultants de ces interactions, les particules émises (protons, neutrons) et les rayonnements produits. Leur énergie, leur répartition dans l’espace, leur charge, leur masse…, sont déterminés grâce des détecteurs.
Sur ce principe général, différentes familles d'accélérateurs ont été mis au point :
• Les accélérateurs linéaires
Dans les accélérateurs linéaires, les particules accélérées se déplacent selon une trajectoire totalement rectiligne. Les accélérateurs linéaires sont les plus anciens : le tout premier accélérateur mis au point était linéaire (cf. « Quelques repères chronologiques »).
• Les accélérateurs circulaires
Les accélérateurs circulaires se divisent en deux groupes :
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Les cyclotrons
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Les synchrotrons
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• Les collisionneurs ou anneaux de stockage
Les collisionneurs se distinguent des accélérateurs « classiques », du fait qu'ils n'utilisent pas de cibles fixes. Dans ce type de machines, ce sont les particules accélérées qui s'entrechoquent. Pour y arriver, les particules réalisent des trajectoires circulaires mais en deux directions afin, qu'à un point de rencontre déterminé, elles puissent entrer en collision.
L'énergie, un facteur déterminant pour les accélérateurs
L'énergie des particules accélérées se mesure en électronvolts (eV). Un électron accéléré par une tension de 1 V aura une énergie d'1eV. Les accélérateurs de particules permettent d'atteindre des énergies très importantes dépassant facilement le million d'électrons volts.
A titre d'exemple :
- Les accélérateur linéaires permettent d'atteindre quelques centaines de million d'eV (1Mev=10 6 eV= 1 million d'eV) pour des protons. Le plus puissant d'entre eux, situé à l'Université de Stanford aux États Unis, atteint d'ailleurs les 9 GeV pour les électrons.
- Les accélérateurs de type cyclotron atteignent quelques dizaines de millions d'électronvolts. Ceux du Cern approchent des énergies de plusieurs centaines de GeV (1 GeV = 10 9 eV = un milliard d'eV).
Selon l'énergie des particules, les physiciens ne feront pas les mêmes observations. Ainsi, Une particule de quelques keV permet d'observer des objets de dimensions de l'ordre de l'angström (10 - 10 m, la taille de l'atome). Une particule de 100 MeV, elle, "voit" le femtomètre (1 fm = 10 - 15 m, la taille du proton) et, à 100 GeV, elle atteint le millième de femtomètre et permet d'atteindre le monde des particules élémentaires (muon,…).