Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Posté par Adrien le Vendredi 31/08/2018 à 00:00
Accélération d'électrons réussie pour AWAKE
Samedi 26 mai 2018, tôt le matin, la collaboration AWAKE au CERN est parvenue à réaliser la toute première accélération d'électrons au moyen d'un champ de sillage créé par des protons filant à travers un plasma. Ce résultat important a été annoncé dans la revue Nature. Les électrons ont été accélérés d'un facteur d'environ 100 sur une distance d'environ 10 mètres: injectés dans la cellule d'AWAKE 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.) d'environ 19 MeV (millions d'électronvolts), ils ont été portés à une énergie de presque 2 GeV (milliards d'électronvolts). L'utilisation des champs de 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...) n'est encore qu'au tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) début de son développement, mais elle pourrait réduire drastiquement les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.), et donc les coûts, des accélérateurs nécessaires pour produire les collisions de haute énergie que les physiciens utilisent pour étudier les lois fondamentales de la nature. Cette première démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment...) de l'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 modification affectant...) d'électrons par AWAKE arrive seulement cinq ans après l'approbation du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) par le CERN, en 2013, et il s'agit d'une étape importante vers la concrétisation de cette perspective pour l'avenir.


La ligne d'accélération d'électrons de l'expérience AWAKE. (Image: Maximilien Brice/Julien Ordan/CERN)

AWAKE, l'expérience de pointe sur les champs de sillage, est un projet de R&D de démonstration de principe qui étudie l'utilisation de protons pour créer des champs de sillage dans du plasma afin de porter des électrons à des énergies plus élevées que celles atteintes avec les technologies conventionnelles. Les accélérateurs utilisent traditionnellement, pour accélérer les faisceaux de particules, des dispositifs appelés cavités radiofréquence. Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) demande d'alterner la polarité électrique de zones chargées positivement et négativement à l'intérieur des cavités radiofréquence, et c'est la combinaison (Une combinaison peut être :) entre l'attraction et la répulsion qui accélère les particules à l'intérieur de la cavité. Dans les accélérateurs fonctionnant avec des sillages plasma, par contre, les particules sont accélérées en " surfant " sur la crête des vagues de plasma (appelées champs de sillage), qui comprennent elles aussi des zones de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) positive et négative.

L'idée d'utiliser des champs de sillages plasma n'est pas nouvelle ; elle a été proposée pour la première fois à la fin des années 1970. " Les accélérateurs fonctionnant avec des champs de sillage ont deux faisceaux différents : le faisceau de particules que l'on souhaite accélérer est appelé ?faisceau témoin?, tandis que le faisceau qui crée le champ de sillage est appelé ?faisceau d'entraînement? ", explique Allen Caldwell, porte-parole de la collaboration AWAKE. Les exemples précédents d'accélération par champs de sillage s'appuyaient sur l'utilisation d'électrons ou de lasers pour le faisceau d'entraînement. AWAKE est la première expérience à utiliser un faisceau d'entraînement composé de protons, et le CERN constitue bien entendu l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...) rêvé pour tester ce concept. Il faut savoir que les faisceaux d'entraînement composés de protons pénètrent plus profondément dans le plasma que les faisceaux laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...) ou les faisceaux d'électrons. " Par conséquent, poursuit Allen Caldwell, si les accélérateurs fonctionnant avec des champs de sillage utilisent des protons pour leurs faisceaux d'entraînement, ils peuvent accélérer leurs faisceaux témoins sur une plus grande distance, et donc leur permettre d'atteindre des énergies plus élevées. "

AWAKE reçoit les protons composant son faisceau d'entraînement du Supersynchrotron à protons (SPS), dernier accélérateur de la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) qui fournit les protons au Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC). Les protons provenant du SPS, qui circulent avec une énergie de 400 GeV, sont injectés dans une " cellule plasma " d'AWAKE remplie de rubidium gazeux chauffé uniformément à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) d'environ 200 °C. Ces protons sont accompagnés d'une impulsion laser qui transforme le rubidium gazeux en plasma ? un état particulier 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...) ionisé ? en éjectant les électrons des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une...) de gaz. Quand le faisceau d'entraînement, composé de protons de charge positive, 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...) le plasma, il fait osciller les électrons, qui sont de charge négative et normalement répartis de façon aléatoire dans le plasma, suivant un schéma semblable à 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 crête-à-crête allant de quelques centimètres à 34 m (112 pieds),...), comme un bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer, dirigé ou non par ses occupants. Il répond aux besoins du transport maritime ou fluvial, et permet diverses...) qui, en se déplaçant sur l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), crée des oscillations dans son sillage. Les électrons témoins sont alors injectés dans ce plasma en oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel que soit le...), à un certain angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) par rapport à la ligne de faisceau et à des énergies relativement faibles, et ils se mettent à " surfer " l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...) de plasma, ce qui leur permet d'être accélérés. À l'autre extrémité de la cellule plasma, 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 incurve la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) des électrons qui arrivent et les envoit vers un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.). " Le champ magnétique du dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs domaines :) peut être ajusté de sorte que seuls les électrons ayant une énergie spécifique traversent le détecteur, et qu'ils émettent un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la...) dans une partie précise à l'intérieur de celui-ci, explique Matthew Wing, porte-parole adjoint d'AWAKE et responsable de ce dispositif, appelé spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en spectrométrie de...) à électrons. C'est comme ça que nous parvenons à calculer que les électrons accélérés ont atteint une énergie allant jusqu'à 2 GeV. "

L'énergie à laquelle un accélérateur peut porter un faisceau de particules par unité de longueur (Il existe de nombreuses unités de longueur ne faisant pas partie du système international. Certaines sont utilisées dans des domaines scientifiques pour simplifier les expressions, d'autres sont...) est appelée gradient d'accélération, et cette valeur est mesurée en volts par 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...) (V/m). Plus le gradient d'accélération est élevé, plus l'accélération est efficace. Le Grand collisionneur électron-positon (LEP), exploité au CERN entre 1989 et 2000, utilisait des cavités radiofréquence conventionnelles et avait un gradient d'accélération nominal de 6 MV/m. " En accélérant des électrons jusqu'à 2 GeV en seulement 10 mètres, l'expérience AWAKE a démontré qu'elle pouvait atteindre un gradient d'accélération moyen d'environ 200 MV/m ", explique Edda Gschwendtner, coordinatrice technique et responsable du projet AWAKE au CERN. Avec son équipe, elle vise à atteindre, dans le futur (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.), un gradient d'accélération d'environ 1000 MV/m (ou 1 GV/m).


La chef de projet AWAKE du CERN, Edda Gschwendtner, explique comment l'expérience a accéléré des électrons pour la toute première fois. (Vidéo: CERN)

Le projet AWAKE a avancé rapidement depuis son lancement. Les travaux de génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les ingénieurs civils s’occupent de la conception, de la réalisation, de l’exploitation...) ont commencé en 2014, et la cellule plasma a été installée début 2016 dans le tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont...), qui abritait jusqu'alors des éléments la partie de l'installation CNGS située au CERN. Quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) plus tard, les premiers faisceaux d'entraînement composés de protons ont été injectés dans la cellule plasma pour la mise en service du dispositif 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...), et un champ de sillage entraîné par des protons a été observé pour la première fois fin 2016. À la fin de l'année 2017, la source d'électrons, la ligne de faisceau d'électrons et le spectromètre à électrons ont été installés auprès de l'expérience AWAKE, marquant la fin de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) préparatoire.

Maintenant qu'elle a démontré la possibilité d'accélérer des électrons au moyen de champs de sillage dans du plasma entraînés par des protons, l'équipe d'AWAKE a le regarde tourné vers l'avenir. " Pour les prochaines étapes, nous souhaiterions fournir des électrons accélérés à une expérience de physique, et faire grandir le projet de sorte qu'il ait un programme de physique complet qui lui soit propre ", indique Patric Muggli, coordinateur pour la physique d'AWAKE. AWAKE continuera de tester l'accélération d'électrons au moyen de champs de sillage pendant le reste de l'année 2018, après quoi l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) du complexe d'accélérateurs du CERN sera arrêté pendant deux ans pour des travaux d'amélioration et de maintenance. Edda Gschwendtner est optimiste : " Nous nous réjouissons d'obtenir davantage de résultats de notre expérience afin de démontrer la portée de l'utilisation des champs de sillage dans du plasma comme principe de base pour de futurs accélérateurs de particules. "

Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source: Achintya Rao - Copyright CERN
 
Archives des News
  Septembre 2018
  Août 2018
  Juillet 2018
  Juin 2018
  Toutes les archives

Page générée en 0.010 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - Informations légales