Les particules doivent provenir de quelque part avant de se précipiter à leur rythme. Cette photo de 1941 provient en fait du smasher d'atomes de l'université Notre Dame, ce qui était nouveau à l'époque. © Bettmann/Corbis Quand les physiciens veulent des particules pour leurs accélérateurs, ils surfent sur un site Web appelé OK Quark, où ils répondent à une série de questions sur ce qu'ils recherchent. Souhaitez-vous une particule avec une personnalité positive, ou un avec une énergie plus neutre à ce sujet ? Ce genre de chose.
Ensuite, le physicien sort la particule pour boire (personne ne veut être coincé avec une particule ratée pendant un dîner entier). Si tout va bien, le physicien demande à la particule si elle est intéressée par un processus d'accélération. Et c'est ainsi qu'a été fabriqué le boson de Higgs !
Si seulement. Contrairement à leurs cousins scientifiques, les biologistes (qui peuvent parcourir tous les ordres de rongeurs, vers ronds et autres sur des sites Web pour faciliter les achats en gros), les physiciens doivent créer eux-mêmes leurs sujets de test. Il s'avère que saisir une particule pour des collisions à grande vitesse n'est pas aussi facile que de simplement prendre vos mains et de souffler des particules subatomiques dans le Grand collisionneur de hadrons comme autant de flocons de neige invisibles.
Avant d'aborder ce que nous mettons réellement dans un accélérateur de particules, peut-être est-il sage de donner un petit aperçu de ce que nous avons l'intention de faire avec nos particules une fois que nous les aurons. Que sont les accélérateurs, et pourquoi ne pouvons-nous pas jeter quelque chose d'un peu plus substantiel qu'une particule, De toute façon?
L'accélérateur de particules le plus connu est probablement le Large Hadron Collider, un géant circulaire de 17 milles (27 kilomètres) profondément sous terre. Situé en Suisse, le LHC est géré par l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, ou CERN. (Faites-nous confiance - l'acronyme avait un sens pour le titre original français.) Le LHC est devenu le Big Accelerator On Campus en 2012, lorsque des collisions de particules au CERN ont révélé la présence de l'insaisissable boson de Higgs. La découverte du Higgs a permis aux physiciens de confirmer avec plus de confiance l'existence du champ de Higgs, ce qui nous a donné quelques réponses sur la façon dont la matière dans l'univers a acquis de la masse.
Mais si le LHC est la Beyoncé du monde des accélérateurs, il y a aussi pas mal de joueurs de studio qui se branchent avec plaisir. Il y en a en fait une trentaine, 000 autres accélérateurs bourdonnent à travers le monde, et ce sont ces Joes qui travaillent qui doivent être remerciés pour toutes sortes d'inventions pratiques [source :Dotson]. Considérez la couche.
C'est exact, le copain de tout parent harcelé est la couche jetable. Les scientifiques qui voulaient étudier les polymères superabsorbants utilisés dans les produits jetables avaient du mal à les étudier humides, alors – ta-da ! -- ils les soumettent à la microscopie à rayons X (qui utilise l'accélération des particules) [source :Clements]. Être capable d'identifier et d'étudier la structure de ces chaînes moléculaires les a amenés à bricoler la formule et à garder nos couches modernes aussi sèches que l'explication de l'accélération des particules elle-même.
Les accélérateurs trouvent également leur place dans les environnements médicaux, comme le traitement du cancer. Les accélérateurs linéaires (où les particules entrent en collision avec une cible après avoir parcouru une ligne droite) envoient des électrons pour entrer en collision avec une cible métallique, ce qui se traduit par une précision, rayons X à haute énergie qui irradient les tumeurs [source :RadiologyInfo.org]. Alors maintenant que nous savons un peu à quoi servent les accélérateurs, parlons de ce que nous leur donnons.
Comme nous l'avons dit précédemment, les scientifiques d'une installation comme le CERN sont chargés (ha !) de produire eux-mêmes les particules - ce qui revient un peu à demander à un comptable de construire une calculatrice afin de compléter les impôts d'un client. Mais les physiciens des particules sont une race à part; ce n'est pas un problème pour eux. Tout ce qu'ils ont à faire est de commencer par l'hydrogène, stripper des électrons à l'aide d'un duoplasmatron, et se retrouver avec des protons. Peu importe. Pas grave.
Et c'est ici que nous constatons que la partie la plus simple de l'accélération des particules – obtenir les fichues particules – semble toujours follement intimidante pour quiconque ne reçoit pas de carte de vœux de Stephen Hawking. Mais ce n'est vraiment pas aussi intimidant qu'il y paraît. Pour un, l'hydrogène n'est qu'un gaz qui est introduit dans la première étape de l'accélérateur de particules - le duoplasmatron . Cela peut ressembler à quelque chose de "Mystery Science Theatre 3000", mais un duoplasmatron est assez simple. Les atomes d'hydrogène ont un électron et un proton; à l'intérieur du duoplasmatron, les atomes d'hydrogène sont dépouillés de leurs électrons à l'aide d'un champ électrique [source :CERN]. Ce qui reste est un plasma de protons, des électrons et des ions moléculaires qui passent à travers plus de grilles d'extraction de sorte qu'il ne reste qu'un faisceau de protons [source :O'Luanaigh, CERN].
Le LHC n'utilise pas seulement des protons pour une journée de travail. Les physiciens du CERN ont également la tâche amusante de faire entrer en collision des ions plomb pour étudier le plasma quark-gluon, ce qui est juste un peu ce que le très, l'univers très ancien nageait dans [source :CERN]. En brisant ensemble des ions de métaux lourds (l'or fonctionne, trop), les scientifiques peuvent former le plasma quark-gluon pendant un instant.
Mais maintenant, vous êtes bien trop sophistiqué pour croire que les ions plomb apparaissent comme par magie dans les accélérateurs de particules. Alors voici comment cela se passe :le physicien du CERN chargé de collecter les ions plomb commence en fait avec du plomb solide, plomb-208, un isotope spécifique de l'élément. Le plomb solide est chauffé à une vapeur -- environ 1472 degrés F (800 C) [source :O'Luanaigh]. La vapeur de plomb est alors zappée par un courant électrique qui ionise l'échantillon pour créer du plasma. Le nouvellement créé ions (atomes avec une charge électrique nette qui ont gagné ou perdu des électrons) sont ensuite emmenés dans un accélérateur linéaire qui leur donne un peu de sprint et leur fait perdre encore plus d'électrons [source :Yurkewicz]. Après qu'ils se soient accumulés et accélérés une fois de plus, les ions plomb sont prêts pour le même road trip que les protons, et peut traverser le grand collisionneur de hadrons sans se soucier du monde.
Alors voilà. Les particules destinées aux grands accélérateurs de particules ne sont pas achetées sur le marché noir mais créées en interne.
Peut-être que cet article vous a laissé une autre question lancinante :autre chose qu'une particule peut-elle passer par un accélérateur ? Ce à quoi les scientifiques du Laboratoire national de l'accélérateur Fermi ont dit :"Bien sûr. Et un furet ?"
N'appelez pas encore PETA. Tout d'abord, ils n'accéléraient pas Felicia le furet à la vitesse de la lumière. (Oui, elle avait un nom. Allez, ce n'est pas une ferme.) Au lieu de cela, ils l'utilisaient comme femme de chambre. Les furets sont connus pour creuser et se frayer un chemin dans les espaces restreints. Felicia avait un chiffon de solution de nettoyage attaché à son col par des scientifiques, qui l'a laissé Swiffer se frayer un chemin à travers les tuyaux étroits avant qu'ils ne soient connectés pendant la construction [source :Gustafson]. (Ils ont finalement obtenu un robot pour nettoyer l'accélérateur.)
