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Posté par Adrien le Samedi 02/09/2017 à 00:00
La source de rayons X la plus puissante du monde démarre
Une cérémonie officielle a marqué l'inauguration du laser à électrons libres à rayons X (XFEL) européen à Hambourg-Schenefeld (Allemagne). L'installation, qui comprend 3,4 km de tunnels partant de l'installation DESY, à Hambourg-Bahrenfeld, générera 27 000 flashs de rayons X ultracourts par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle plan. La...), d'une intensité un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) de fois plus élevée que celle des meilleures sources de rayons X conventionnelles. L'installation produira ainsi des instantanés très rapides des mouvements atomiques et moléculaires, avec un niveau de détail sans précédent, ce qui ouvrira aux utilisateurs de 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 vrai au...) et de l'industrie des perspectives de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique...) nouvelles pour la mise en images de processus électroniques, chimiques et biologiques.


Le linac principal, suspendu au plafond afin de laisser un espace libre au sol, photographié ici en janvier 2017. (Image : D. Nölle/DESY).

L'histoire du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) européen XFEL constitue un magnifique exemple des synergies, dans la R&D, existant de longue date entre le monde (Le mot monde peut désigner :) de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) des hautes énergies et celui des sources 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 lumière est intimement...). Si les installations à rayons X traditionnelles sont basées sur des anneaux de stockage dans lesquels des électrons énergétiques circulent en émettant des rayons X, les lasers à électrons libres à rayons X (appelés " XFEL ") utilisent des structures accélératrices spéciales conçues à l'origine, il y a plus de 20 ans, pour un collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) linéaire destiné à la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes énergies car de nombreuses particules...).

L'installation européenne XFEL est alimentée par l'accélérateur linéaire le plus long et le plus avancé jamais construit ; long de 1,4 km, ce linac comprend des cavités radiofréquence supraconductrices grâce auxquelles il peut accélérer les électrons de façon très efficace et les porter à une 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.) de 17,5 GeV. Les cavités radiofréquence supraconductrices présentent des avantages évidents mais, jusqu'au milieu des années 1990, cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) n'était pas encore suffisamment développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme...) et demeurait trop coûteuse pour être utilisée dans une grande installation. S'appuyant sur une première expérience acquise avec des cavités individuelles (y compris celles du LEP), la collaboration TESLA, basée à DESY (Le DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, « Synchrotron d'électrons allemand ») est un important centre de recherche en Europe en physique des particules et en rayonnement synchrotron.), est parvenue à développer des cavités haute performance ainsi qu'à réduire le coût d'une proposition de collisionneur linéaire et de la construction de l'installation européenne XFEL. Aujourd'hui, l'installation européenne XFEL fait également office de prototype pour un possible collisionneur linéaire, l'ILC.

En sortant du linac de l'installation européenne XFEL, les électrons sont rapidement déviés, selon un modèle d'ondulation gauche-droite, lorsqu'ils traversent une longue série périodique d'aimants formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) un ondulateur ; ils émettent alors des faisceaux intenses et cohérents de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit...) de rayons X. Les rayons X qui émergent de l'ondulateur, par des tunnels d'un kilomètre de long destinés au transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...) de photons et équipés de divers éléments optiques pour les rayons X, arrivent finalement au quartier général de l'installation XFEL, à Schenefeld, où auront lieu les expériences.

L'installation européenne XFEL représente l'aboutissement d'un effort mondial, dans lequel European XFEL Gmbh a été responsable de la construction et de l'exploitation de l'installation, notamment s'agissant des stations d'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives permettant de l'affiner. Elle est pratiquée par un ou des...) et des équipements pour le transport des photons de rayons X, tandis que DESY, son plus important partenaire, a dirigé la construction et l'exploitation du linac à électrons. L'installation, qui vient s'ajouter à d'autres grands linac à électrons libres à rayons X aux États-Unis (LCLS) et au Japon (SACLA), doit permettre à l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) de demeurer à la pointe de la science des rayons X au moins pendant les 20 à 30 prochaines années.

La construction de cette installation, d'un coût de 1,2 milliard d'euros, a commencé en janvier 2009 grâce au financement de 11 pays, l'Allemagne et la Russie étant les principaux contributeurs ; pas moins de 17 instituts européens ont également apporté des contributions en nature au complexe d'accélérateurs. 
" Le projet européen XFEL est le résultat d'un développement technologique intense, dans le cadre d'une collaboration mondiale qui a dépassé les attentes, explique Eckhard Elsen, directeur de la recherche et de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le...) du CERN. C'est un exemple impressionnant de la manière dont la recherche de pointe sur les accélérateurs peut avoir des retombées pour la société, ainsi qu'une démonstration des liens permanents qui existent entre les besoins de la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à la recherche appliquée. Cette...) en physique des particules et la science des rayons X. "

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Source: Stefania Pandolfi - Copyright CERN