Un canon à électrons accélère des particules à la vitesse de la lumière
Imaginez un dispositif capable de propulser des électrons de zéro à plus de 800 millions de km/h en l'espace de 5 cm. C'est précisément l'exploit réalisé par l'équipe du Brookhaven National Laboratory avec leur canon à électrons ultra-haute tension. Un pas de géant vers la compréhension des secrets les plus intimes de la matière.
Un outil révolutionnaire pour sonder le cœur de l'atome
Ce canon à électrons nouvelle génération est un élément clé du futur accélérateur Electron-Ion Collider (EIC) actuellement en construction. L'objectif : faire entrer en collision des électrons et des ions lourds lancés à des vitesses proches de celle de la lumière pour étudier en détail la structure du noyau atomique.
Nous accélérons les électrons jusqu'à 80% de la vitesse de la lumière - soit de zéro à plus de 800 millions de km/h - sur une distance de seulement 5 cm à l'intérieur du canon, en environ 20 milliardièmes de seconde.
Erdong Wang, physicien à Brookhaven, concepteur principal du dispositif.
Un défi technologique de taille
Pour atteindre de telles performances, les chercheurs ont dû surmonter de nombreux obstacles. Il a fallu concevoir une photocathode en nanofeuilles de cristaux d'arséniure de gallium pour libérer les électrons, puis leur appliquer une tension extrêmement élevée grâce à une anode pour les accélérer.
Mais ce n'est pas tout. Les scientifiques ont aussi dû trouver le bon réglage laser pour produire des paquets d'électrons ultra-denses, contenant environ 70 milliards de particules chacun. Une densité cruciale pour maximiser les chances de collision avec les noyaux atomiques dans l'accélérateur.
Percer les mystères des forces nucléaires
Au cœur du noyau atomique, les quarks sont maintenus ensemble par les gluons via l'interaction forte, la force la plus puissante connue dans la nature. Pourtant, les mécanismes précis à l'œuvre restent encore très mal compris. En faisant s'entrechoquer violemment électrons et noyaux, les chercheurs espèrent enfin lever le voile sur ces processus fondamentaux.
Ce canon dépasse non seulement les exigences de l'EIC, mais nous obtenons des résultats de premier plan mondial. C'est le canon à électrons polarisés de plus haute tension et de plus haute intensité au monde.
Erdong Wang
Vers de nouvelles découvertes en physique nucléaire
Grâce à cet outil exceptionnel, les scientifiques vont pouvoir sonder les constituants élémentaires de la matière et leurs interactions avec un niveau de précision inégalé. De quoi certainement déboucher sur de nouvelles découvertes majeures et faire progresser notre compréhension des lois fondamentales de la nature.
L'équipe planche désormais sur de nouveaux composants pour pousser encore plus loin l'accélération des électrons dans l'EIC. L'objectif final étant d'atteindre 99,99% de la vitesse de la lumière. Avec un tel instrument, nul doute que de nombreuses avancées passionnantes attendent la physique nucléaire dans les années à venir.
