Un accélérateur de particules est une machine conçue pour propulser des particules subatomiques – comme des protons ou des électrons – à des vitesses proches de celle de la lumière. En les faisant entrer en collision, les physiciens peuvent observer les constituants fondamentaux de la matière et les forces qui les gouvernent.
Une histoire qui commence au XXe siècle
Les premiers accélérateurs apparaissent dans les années 1930. Le cyclotron, inventé par Ernest Lawrence, permet déjà de donner une énergie considérable à de petites particules en les faisant tourner en spirale sous l’effet d’un champ magnétique. Ces machines deviennent vite indispensables à la physique nucléaire, puis à la médecine (radiothérapie, imagerie).
Après la Seconde Guerre mondiale, les accélérateurs grandissent et se sophistiquent. L’Europe crée le CERN en 1954, organisation internationale qui construit progressivement les plus puissants accélérateurs du monde.
Comment ça fonctionne ?
Le principe est simple : une particule chargée répond à un champ électrique. En la soumettant à une succession d’impulsions électriques synchronisées, on l’accélère. Des aimants guident ensuite sa trajectoire.
Accélérateurs linéaires (linacs) : les particules suivent une ligne droite et gagnent de l’énergie étape par étape.
Accélérateurs circulaires : les particules tournent en boucle, accélérées à chaque passage, ce qui permet d’atteindre des vitesses extrêmes.
Dans les grands collisionneurs, deux faisceaux tournent en sens inverse avant d’être projetés l’un contre l’autre. Les collisions reproduisent, à petite échelle, des conditions proches de celles du Big Bang.
Le plus célèbre : le LHC
Le Large Hadron Collider (LHC), au CERN près de Genève, est le plus grand accélérateur de particules jamais construit. Long de 27 km, enfoui sous terre, il fait entrer en collision des protons à des énergies record. C’est grâce à lui que le boson de Higgs, particule clé donnant leur masse aux autres, a été confirmé en 2012.
Applications concrètes
Au-delà de la recherche fondamentale, les accélérateurs ont de nombreux usages pratiques :
en médecine (radiothérapie contre les cancers, production d’isotopes pour l’imagerie),
en industrie (stérilisation, analyse de matériaux),
en archéologie (datation, étude non destructive d’objets anciens).
Un regard vers l’avenir
Les physiciens envisagent déjà des machines encore plus puissantes, comme le Future Circular Collider (100 km de circonférence) ou de nouveaux concepts utilisant des plasmas. L’objectif reste le même : explorer plus profondément les mystères de la matière, de l’énergie et de l’univers.
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