Les accélérateurs de particules ont fait leur chemin dans les médias grand public — lorsque le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a découvert cinq nouveaux baryons » cachés à la vue de tous « , cela a suffi à faire la une des journaux du monde entier. Ce qui est souvent laissé de côté, cependant, c’est une partie de la science de base derrière les fonctions des accélérateurs de particules, comment elles ont évolué au fil des ans et ce qui pourrait venir ensuite pour ces smashers subatomiques à grande vitesse.
Une Brève Histoire de la Fabrication de Petites Choses Très (Très) rapides
Les accélérateurs de particules fonctionnent en utilisant des champs électriques pour accélérer des groupes de particules à des vitesses élevées. Deux modèles de base — linéaire et circulaire — existent, et les deux nécessitent des tubes à vide extrêmement froids et propres qui permettent aux particules d’accélérer sans interférence et permettent aux électroaimants de diriger et de focaliser le faisceau de particules. Jusqu’à présent, les scientifiques ont pu augmenter les particules à 0,99997 fois la vitesse de la lumière avant de les écraser dans une feuille de métal ou d’autres objets et d’enregistrer les résultats.
Comme l’a noté le magazine Symmetry, le premier accélérateur circulaire moderne a été créé en 1930 et mesurait moins de cinq pouces de diamètre. Un an plus tard, Ernest Lawrence et M. Stanley Livingston créèrent un accélérateur de 11 pouces. Comparez cela au LHC circulaire du CERN, qui fait cinq miles (huit kilomètres) de diamètre, ou à l’accélérateur linéaire du Laboratoire national des accélérateurs du SLAC, qui mesure près de deux miles (environ trois kilomètres) de long. Les accélérateurs ont déjà apporté une contribution significative au progrès humain — certains sont utilisés pour modifier les propriétés des matériaux ou des plastiques ou durcir les joints utilisés dans les semi-conducteurs, tandis que d’autres sont utilisés pour produire des particules fortement chargées à des fins de traitement médical ou pour inspecter des cargaisons à des fins de sécurité nationale.
Résultats intéressants
En plus de découvrir de nouvelles particules, les accélérateurs peuvent également être utilisés pour produire du plasma quark-gluon (à 7.2 billions de degrés Fahrenheit), qui aurait dominé les premiers moments de l’univers et est si chaud que même les liaisons quarks sont rompues. Pousser les particules à une vitesse proche de la vitesse de la lumière crée des résultats uniques: Elles gagnent toutes deux une masse effective et éprouvent du temps plus lentement par rapport aux observateurs extérieurs à l’accélérateur de particules. Cela peut être vu dans la durée de vie des mésons pi, qui se désintègrent généralement en millionièmes de seconde. Accélérées à grande vitesse, cependant, ces particules peuvent exister beaucoup plus longtemps, ce qui suggère qu’elles connaissent probablement un laps de temps relatif plus lent.
L’avenir du fracas subatomique
Quelle est la prochaine étape pour les accélérateurs de particules ? Stephen Hawking a suggéré qu’ils sont la base d’un voyage dans le temps dans le futur — allez assez vite et tout commence à ralentir. Alors que les accélérateurs liés à la Terre peuvent ne pas fonctionner pour amener les humains à la vitesse, l’action de placer rapidement un objet en orbite (comme un accélérateur circulaire) ou d’aller très vite en ligne droite (comme un accélérateur linéaire) a donné des résultats positifs. Selon Phys, deux projets sont actuellement à l’étude au CERN: Un tunnel linéaire de 31 milles (50 kilomètres) de long et un accélérateur circulaire d’un diamètre d’environ 50 à 62 milles (80 à 100 kilomètres). Déjà, les chercheurs ont mis au point un appareil capable de produire des impulsions électriques de 180 000 volts qui durent exactement 140 millionièmes de seconde sans perturbations dues aux « impulsions de pointe ». » Et comme l’a noté Popular Mechanics, le développement d’accélérateurs laser diélectriques (DLA) micro-fabriqués a permis de créer des solutions de taille millimétrique pouvant rivaliser avec les performances du CERN sur seulement 100 pieds. À mesure que de nouvelles technologies de stockage et de transmission se développent, les résultats pourraient être des accélérateurs « de table » et le potentiel de commercialisation de ces producteurs de particules.
Il y a plus de 30 000 accélérateurs de particules actuellement utilisés dans le monde, et le nombre ne cesse d’augmenter à mesure que de nouvelles percées scientifiques se produisent et que les applications commerciales deviennent moins coûteuses. Le marché ici se réduit et se développe à mesure que les équipes de recherche cherchent de nouvelles façons d’accélérer les particules subatomiques, de réduire l’empreinte des installations et de continuer à propulser l’humanité dans le futur.
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