accélérateur de particules (suite)
Conclusion
Il reste encore bien des voies à explorer, en particulier l’accélération d’une particule sous l’impact d’un groupe de particules relativistes, ou bien l’interaction avec un plasma. Mais il n’est pas certain que les progrès techniques en perspective aient pour effet de mettre la recherche sur les particules élémentaires « à la portée de toutes les bourses ». En fait, déjà dans le passé, le coût du mégaélectron-volt a diminué grâce aux nouveaux procédés d’accélération : les synchrotrons à protons à gradients alternés d’environ 30 GeV coûtent approximativement 1 000 $/MeV à comparer aux chiffres de 4 000 $/MeV pour les synchrotrons à protons primitifs, de 6 000 $/MeV pour le grand accélérateur de 20 GeV du S.L.A.C. et de 10 000 $/MeV pour un cyclotron ordinaire à une dizaine de mégaélectrons-volts ou pour un synchrocyclotron de quelques centaines de mégaélectrons-volts. Mais la recherche de performances toujours plus poussées a abouti à des coûts globaux de plus en plus élevés. Selon une image de M. S. Livingston, ce sont sans doute là « les monuments intellectuels de notre époque ». Mais la charge de les construire et de les exploiter dépasse déjà les budgets des petits pays ; elle suppose actuellement une coopération à l’échelle d’un continent, bientôt à l’échelle de notre planète. Le succès de telles coopérations est une riche expérience humaine. Ce n’est peut-être pas là le moindre intérêt de l’aventure que constitue la progression des accélérateurs vers les énergies sans cesse plus hautes.
F. N.
Les grands spécialistes des accélérateurs de particules
Luis Walter Alvarez,
physicien américain (San Francisco 1911). Collaborateur de Lawrence à l’Université de Californie, il découvre les propriétés magnétiques du neutron, l’hélium 3 et le tritium. Après avoir travaillé pendant la Seconde Guerre mondiale à la réalisation du radar, il retourne à Berkeley, ou il réalise l’accélérateur linéaire à protons. Prix Nobel de physique pour 1968.
Sir John Douglas Cockcroft,
v. l’article.
Donald William Kerst,
physicien américain (Galena, Illinois, 1911). En 1940, il réalise à l’Université de l’Illinois, où il est professeur, le premier bêtatron, appareil accélérateur d’électrons utilisant la variation d’un flux d’induction, dont l’idée avait été émise par l’Américain Joseph Slepian. Par la suite, il construit plusieurs appareils du même type, de plus en plus puissants.
Ernest Orlando Lawrence,
v. l’article.
Edwin Mattison McMillan,
physicien américain (Redondo Beach, Californie, 1907), professeur de physique à l’Université de Californie. En 1940, grâce au cyclotron de Berkeley, il obtient le neptunium à partir de l’uranium, puis, l’année suivante, avec G. T. Seaborg, il isole le plutonium. En 1946, en collaboration avec l’Anglais M. L. E. Oliphant (Adélaïde, Australie, 1901), il imagine le synchrotron. Il partage avec Seaborg le prix Nobel de chimie pour 1951.
Robert Jemison Van de Graaff,
physicien américain (Tuscaloosa, Alabama, 1901 - Boston 1967), professeur à l’Institut de technologie du Massachusetts. Dès 1933, il réalise les grandes machines électrostatiques, produisant des tensions de plusieurs millions de volts, destinées à l’accélération de particules électrisées.
Vladimir Iossifovitch Veksler,
physicien soviétique (Jitomir 1907 - Moscou 1966), professeur à l’Institut de recherches nucléaires de Moscou. Il a donné, en même temps que McMillan et Oliphant, le principe du synchrotron et imaginé un accélérateur pour électrons, le microtron. Il a dirigé la construction du grand accélérateur de Doubna.
Rolf Wideröe,
physicien norvégien (Oslo 1902). Ingénieur en électronique, il passe en 1927, à Aix-la-Chapelle, une thèse de doctorat dans laquelle il donne le principe de l’accélération résonnante. Ses travaux inspirent à Lawrence la découverte du cyclotron et marquent une étape vers la réalisation du bêtatron par Kerst. Lui-même participe à la construction d’accélérateurs de particules.
➙ Anneaux d’accumulation ou anneaux de stockage.
M. S. Livingston et J. P. Blewett, Particle Accelerators (New York, 1962). / P. Lapostolle, les Accélérateurs de particules (Fayard, 1964). / P. Musset et A. Lloret, Dictionnaire de l’atome (Larousse, 1964). / H. Bruck, Accélérateurs circulaires de particules. Introduction à la théorie (P. U. F., 1966). / A. A. Kolomensky et A. N. Lebedev, Theory of Cycle Accelerators (Amsterdam, New York, 1966). / D. Boussard, les Accélérateurs de particules (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1968).
Chronologie
1919Dispositif multiplicateur de tension de M. Schenkel
1921Dispositif multiplicateur de tension de H. Greinacher
1922Brevet pris par J. Slepian pour l’utilisation du champ électrique, produit par un champ magnétique variable avec le temps, à l’accélération d’électrons
1924Dispositif multiplicateur de tension de E. Marx et M. Töpler
1924Première ébauche d’une accélération résonnante par G. Ising à Stockholm
1926Dispositif multiplicateur de tension de B. L. Rossing (Leningrad)
1927Principe d’un accélérateur d’électrons utilisant un champ magnétique pulsé par G. Breit et M. A. Tuve
1927 - 1928Premier accélérateur résonnant décrit dans la thèse de R. Wideröe
1929Premières expériences sur les générateurs électrostatiques par R. J. Van de Graaff à Princeton
1930Premier multiplicateur de tension de J. D. Cockcroft et E. T. S. Walton accélérant des protons à 300 kV
1930Principe du cyclotron donné par E. O. Lawrence
1931Première opération du cyclotron de E. O. Lawrence et M. S. Livingston le 14 avril 1931 à Berkeley (Californie)
1931Première esquisse du générateur électrostatique de R. J. Van de Graaff
1931Premier accélérateur linéaire à ions lourds mis en service par D. H. Sloan et E. O. Lawrence
1932Première expérience de désintégration des noyaux effectuée à l’aide du « multiplicateur de tension » de J. D. Cockcroft et Walton au laboratoire Cavendish à Cambridge (Grande-Bretagne)
1932Premier cyclotron utilisable à des expériences de réactions nucléaires par E. O. Lawrence et M. S. Livingston
1933Premier accélérateur Van de Graaff utilisé à des expériences de physique nucléaire par M. A. Tuve à Washington
1938Solution apportée théoriquement par L. H. Thomas au problème de focalisation des trajectoires dans un cyclotron aux énergies relativistes
1940Premier bêtatron construit par D. W. Kerst à l’Université de l’Illinois (États-Unis)
1945Découverte du principe de l’accélération synchrone par V. I. Veksler (U. R. S. S.) et, indépendamment, par E. M. McMillan (États-Unis)
1946Premier accélérateur linéaire à protons mis au point par L. W. Alvarez (Californie)
1950Prise de brevet par N. Christofilos sur le principe de la focalisation par alternance de gradients
1952Découverte du principe de la focalisation par alternance de gradients par Courant, Livingston et Snyder (Brookhaven)
1952Entrée en service du « cosmotron » de 3 GeV de Brookhaven (État de New York)
1954Entrée en service du « bévatron » de 6 GeV de Berkeley
1956Symposium du Cern sur les accélérateurs. Présentation par V. I. Veksler du principe de l’accélération cohérente ou collective
1961Principe de l’accélérateur électrostatique « tandem » donné par P. H. Rose
1959 à 1962Entrée en service des synchrotrons à protons de 28 GeV au Cern, puis de 32 GeV à Brookhaven (États-Unis), ainsi que du synchrotron à électrons de 6 GeV de Cambridge (États-Unis)
1966Achèvement de l’accélérateur linéaire à électrons de Stanford de 20 GeV et long de 3 km
1967Sixième conférence internationale sur les accélérateurs (Cambridge-Massachusetts-États-Unis). Présentation par V. P. Sarantsev (après le décès de Veksler) des études en cours pour un accélérateur linéaire collectif d’ions à Doubna (U. R. S. S.)