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Posté par Adrien le Mardi 12/12/2017 à 00:00
AWAKE: vers une révolution de l'accélération
Le CERN pourra bientôt tester une technologie révolutionnaire d'accélération des particules. Les derniers éléments clés de l'expérience AWAKE viennent d'être installés : sa source d'électrons, sa ligne de faisceaux d'électrons et son spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou...) à électrons. Ainsi s'achève la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) d'installation de l'expérience AWAKE (accélération par champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de sillage plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne s'effondrent...) entraînée par des protons) dont l'objectif est de développer une nouvelle technique d'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la...) des particules.


Les derniers éléments de l'expérience AWAKE, à savoir sa source d'électrons, sa ligne de faisceaux d'électrons et son spectromètre à électrons, viennent d'être installés. (Image: Maximilien Brice, Julien Ordan/CERN)

Les accélérateurs actuels utilisent des champs électriques générés par des cavités radiofréquence pour accélérer les particules chargées. L'expérience AWAKE consiste à faire " surfer " un faisceau d'électrons sur des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) de charges électriques, également appelées champs de sillage. Ces ondes se créent au moment de l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) d'un faisceau de protons au coeur de l'expérience AWAKE, une cellule de plasma de 10 mètres remplie de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend...) ionisé. Quand les protons traversent le plasma, ils attirent des électrons libres, ce qui génère des champs de sillage. Un deuxième faisceau de particules, des électrons cette fois, est injecté pendant la phase appropriée, derrière le faisceau de protons. Alors, à la manière d'un surfeur glissant sur une vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude...), les électrons sont ensuite accélérés par le champ de sillage des protons.

Une fois sortis de la cellule de plasma, les électrons passent au travers d'un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés...) dipolaire qui incurve leur trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.). Un scintillateur (Un scintillateur, est un matériau qui émet de la lumière suite à l'absorption d'un rayonnement.), autre élément nouvellement installé, attend les électrons à la sortie de l'aimant dipolaire et montre si ces derniers ont été accélérés ou non. Il s'agit en fait d'un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par...) qui s'éclaire à chaque fois qu'une particule chargée le traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges...). La trajectoire des électrons qui auront été accélérés est moins déviée par le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...), et ceux-ci apparaissent par conséquent d'un côté du scintillateur.

Ans Pardons, coordinatrice de l'intégration et de l'installation d'AWAKE, à côté du scintillateur, d'un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) de large. (Image : Maximilien Brice, Julien Ordan/CERN)

Jusqu'à fin 2017, l'expérience AWAKE dans son ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...), y compris la source d'électrons et la ligne de faisceaux d'électrons, sera mise en service et préparée pour une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) qui s'annonce capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs, ou une ville ayant une prééminence dans un domaine social, culturel,...). " Il est essentiel de créer d'abord un faisceau d'électrons de grande qualité, c'est-à-dire d'une énergie et d'une intensité appropriées, pour ensuite pouvoir l'injecter dans la ligne de faisceaux d'électrons et la cellule de plasma ", explique Ans Pardons, coordinatrice de l'intégration et de l'installation d'AWAKE.

La première étape cruciale a été franchie en décembre 2016, puis au cours de l'année 2017, quand les premières données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) ont prouvé que des champs de sillage avaient effectivement été générés. Aujourd'hui, AWAKE se prépare à franchir un nouveau cap. L'objectif poursuivi l'année prochaine sera de prouver que l'accélération d'électrons dans le sillage de paquets de protons est possible.

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Source: Corinne Pralavorio - Copyright CERN