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L’accélérateur de particules qui tient sur une puce

Dans une plaquette de silice d’un demi-millimètre de long, des électrons ont été accélérés avec dix fois plus d’efficacité que dans les grands accélérateurs de particules d’aujourd’hui. Avec ce type de technologie, l’accélérateur linéaire de Stanford, long de 3 km, ne ferait plus que 30 mètres ! Des mini-accélérateurs pourraient aussi servir en médecine, dans la recherche, et dans la sécurité.
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L’accélérateur de particules qui tient sur une puce
L’accélérateur de particules qui tient sur une puce

Les accélérateurs de particules sont d’énormes machines, très chères, dont il serait intéressant de réduire à la fois l’encombrement et le prix. Pour cela, il faut complètement revoir la manière d’accélérer les particules. C’est ce qu’ont fait des chercheurs du Stanford Linear Accelerator Center (Slac), en Californie, en démontrant que l’on pouvait accélérer très efficacement des électrons en les faisant passer à travers un minuscule composant en silice, lui-même éclairé par un laser infra-rouge.

L’idée, au lieu d’utiliser des champs radio fréquences dans une grande enceinte pour accélérer les particules, est de créer des champs électromagnétiques d’accélération dans la microstructure, où ils interagissent avec un petit faisceau d’électrons de moins d’un micron de large. Le gain d’énergie enregistré par unité de longueur, 300 millions d’électron-volts (300 MeV) par mètre, est dix fois celui du Slac. Les chercheurs estiment qu’avec cette technologie, baptisée DLA (Dielectric Laser Accelerator), ils peuvent faire encore trois fois mieux (1000 MeV par mètre).

L’accélérateur Slac de Stanford sert à produire des "flashes" de rayons X, permettant d’étudier des phénomènes rapides en chimie et biologie. Deux autres instruments de ce type existent, en Allemagne et au Japon, mais une douzaine sont en projet.

Les chercheurs de Stanford imaginent déjà des systèmes DLA à multiples étages pour construire des accélérateurs de très hautes énergies à bas prix, mais aussi des accélérateurs miniatures pour la sécurité (scanners), des instruments de laboratoire pour la recherche sur les matériaux, et des équipements médicaux.

Seul bémol : le DLA ne remplace que le dernier étage d’un accélérateur de particules, et il faut en entrée lui fournir des électrons déjà proches de la vitesse de la lumière. Une équipe de l’Institut Max Planck (Allemagne), qui collabore avec Stanford, travaille sur une version "compacte" de ce premier étage, également à base de laser.

Thierry Lucas

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