Le plus petit accélérateur de particules : Assez petit pour tenir dans le bout d’un stylo

Une avancée révolutionnaire en accélération de particules

Les accélérateurs de particules ont toujours été des monstres imposants, occupant des kilomètres de terrain. Cependant, une équipe de chercheurs dirigée par Peter Hommelhoff de l’Université d’Erlangen-Nuremberg en Allemagne a franchi une étape historique en créant le plus petit accélérateur de particules jamais construit. Incroyablement, cette petite merveille ne mesure que 0,2 millimètre de longueur, soit la taille d’une aiguille fine. Elle utilise la lumière laser pour accélérer les électrons à des vitesses atteignant cent mille kilomètres par seconde. Cette réalisation est à la fois une prouesse technologique et une source d’enthousiasme pour de nombreuses applications potentielles, notamment en médecine.

Une révolution dans le domaine de l’accélération de particules

Les accélérateurs de particules traditionnels, tels que le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), fonctionnent en utilisant des champs électriques et des aimants pour accélérer des particules telles que les électrons. Ces champs électriques sont généralement produits à l’aide d’ondes radio, qui ont des longueurs d’onde mesurées en mètres ou en centimètres. Cependant, l’équipe dirigée par Hommelhoff a choisi une approche radicalement différente en utilisant des ondes électromagnétiques de lumière, qui ont une longueur d’onde beaucoup plus courte, mesurée en centaines de nanomètres. Cette innovation a permis de réduire considérablement la taille de l’accélérateur, le rendant plus efficace et compact.

La technologie derrière cette prouesse

Pour créer cet accélérateur de particules miniature, les chercheurs ont utilisé du silicium façonné en milliers de piliers de deux micromètres de hauteur, disposés en deux lignes parallèles, chacun mesurant 0,2 millimètre de long. Pour actionner l’accélérateur, les chercheurs ont dirigé un faisceau de lumière laser sur cette “piste” bordée de piliers depuis le haut, tout en injectant des électrons latéralement. Les ondes lumineuses du laser ont interagi avec les piliers pour créer un champ électromagnétique qui a regroupé les électrons en faisceaux étroits. Ces grappes de particules ont été accélérées à des vitesses de plus de cent mille kilomètres par seconde à travers la structure.

Une innovation évolutive

L’équipe de recherche a également exploré la possibilité d’ajouter davantage de piliers à la piste. Lorsqu’ils ont construit une version de 0,5 millimètre de long, ils ont constaté qu’ils pouvaient accélérer les électrons à des taux encore plus élevés, augmentant l’énergie qu’ils portaient de 43 %. Cela suggère que l’accélérateur est évolutif et peut devenir plus puissant tout en restant suffisamment petit pour être intégré sur des puces électroniques, voire directement à l’extrémité d’une fibre optique, selon Hommelhoff.

Une avancée majeure dans le confinement des particules

Pietro Musumeci de l’Université de Californie à Los Angeles souligne que de petits accélérateurs de particules ont déjà été construits par le passé, mais que celui-ci est le premier à non seulement accélérer les électrons, mais aussi à les maintenir confinés dans un faisceau relativement étroit, pouvant être utilisé dans des expériences scientifiques. Il explique que “un accélérateur n’est pas seulement un dispositif qui donne de l’énergie à une particule ; il faut également être capable de confiner les particules transversalement”.

Des applications potentielles révolutionnaires

À l’heure actuelle, ce nouvel appareil ne confère aux électrons qu’environ un millionième de l’énergie qu’ils acquièrent dans des accélérateurs plus grands. Cependant, Hommelhoff est optimiste quant à la possibilité d’augmenter l’énergie de chaque électron. Il pense que la fabrication des piliers à partir d’un matériau en verre appelé silice fondue, capable de résister à une lumière laser plus intense, pourrait être une solution.

Hommelhoff déclare : “Nous pensons qu’à terme, nous pourrons réduire la taille des accélérateurs de manière à ce qu’ils tiennent dans le bout d’un stylo. Ensuite, nous pourrons vraiment envisager de nouveaux outils de traitement pour les médecins ou des outils de stérilisation à petite échelle pour les laboratoires de biologie. Nous pensons que nous n’avons même pas encore imaginé toutes les applications possibles.”

Conclusion

En résumé, le développement du plus petit accélérateur de particules au monde est une avancée technologique majeure. Cette innovation repousse les limites de la miniaturisation des accélérateurs de particules et ouvre la voie à une multitude d’applications potentielles, notamment dans le domaine médical, la recherche scientifique et bien d’autres domaines. Le futur semble prometteur pour cette technologie révolutionnaire, et les possibilités sont infinies.

Pour plus d’informations sur cette découverte passionnante, restez à l’écoute et suivez les dernières avancées dans le domaine de l’accélération de particules.

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