PARTICULES ÉLÉMENTAIRESAccélérateurs de particules

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Les modèles et théories qui synthétisent notre compréhension actuelle de la matière et de ses constituants élémentaires – molécules, atomes, particules – ont été confrontés à une multitude d'observations expérimentales. Pour réaliser ces expériences, c'est-à-dire observer l'infiniment petit, on utilise des sondes appropriées capables de pénétrer la matière et d'interagir avec sa structure ultime ; ces sondes sont appelées des accélérateurs, et quoi de plus logique que de bombarder la matière avec les objets les plus petits qui soient : des particules ?

Prémices et avancées techniques

Les premières expériences suivirent la découverte de la radioactivité naturelle, qui permit de disposer de sources de particules de faible vitesse : particules α ou noyaux d'hélium (rayonnement α) et électrons (rayonnement β). La physique nucléaire expérimentale démarra avec l'étude des effets de ces rayonnements sur les noyaux atomiques. Très vite, on éprouva le besoin de changer les paramètres des expériences, donc de disposer de faisceaux plus intenses, mieux focalisés, et surtout réglables en énergie. L'unité élémentaire de mesure pour cette dernière est l'électronvolt (1 eV = 1,602 × 10—19 J), ainsi que ses multiples (keV, MeV, GeV, TeV, etc.). L'idée de construire des accélérateurs, c'est-à-dire de créer un faisceau de particules puis de l'accélérer, était née. Ces machines se sont donc développées pour les besoins de la recherche fondamentale en physique nucléaire.

Historiquement, le premier « accélérateur » est le tube de Crookes, inventé dès 1895. Une ampoule de verre dans laquelle on a fait le vide contient une cathode chauffée (source thermo-ionique d'électrons). En face d'elle, une plaque de métal anode, portée à un potentiel positif, attire les électrons qui la frappent et lui font émettre des rayons X (fig. 1).

Appareil de Thomson

Dessin : Appareil de Thomson

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Appareil de J. J. Thomson. Les électrons sont émis par la cathode C, accélérés en A, déviés en E par un champ électrique et observés en P sur un écran fluorescent. 

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Toutefois, l'histoire des accélérateurs commence réellement en 1930, avec les premiers appareils électrostatiques (fig. 2). Une série d'inventions techniques permet de repousser les limitations inhérentes à l'utilisation [...]

Évolution depuis 1930 des accélérateurs de particules

Dessin : Évolution depuis 1930 des accélérateurs de particules

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Évolution des accélérateurs depuis 1930 (schéma de Livingston). Des premières machines électrostatiques, petits appareils de laboratoire apparus en 1930 au L.H.C. (Large Hadron Collider), machine de 27 km de circonférence, une série d'inventions techniques a permis d'atteindre des... 

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Pour citer l’article

Michel CROZON, Jean-Louis LACLARE, « PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Accélérateurs de particules », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 23 septembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-accelerateurs-de-particules/