Synchrotron à gradient alterné
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Le Synchrotron à Gradient Alterné (AGS, Alternating Gradient Synchrotron) est un accélérateur de particules situé au laboratoire national de Brookhaven à Long Island, New York, États-Unis[1].
Histoire
L'AGS a été construit sur le concept innovant du gradient alterné, ou principe de focalisation forte, développé par les physiciens de Brookhaven. Ce nouveau concept d'accélérateur a permis aux scientifiques d'accélérer des protons à des énergies auparavant irréalisables. Ainsi le 29 juillet 1960, l'AGS est devenu le premier accélérateur au monde a atteindre son énergie nominale de 33 milliards d'électrons-volts (). Et jusqu'en 1968, l'AGS était l'accélérateur à l'énergie la plus élevée au monde, légèrement supérieure à son homologue de 28 GeV, le synchrotron à protons du CERN. Il a ainsi permis à certains des chercheurs de l'AGS d'obtenir trois prix Nobel[1].
Bien qu'au XXIe siècle, les accélérateurs peuvent atteindre des énergies de l'ordre du billion d'électrons-volts, et est encore utilisé aujourd'hui comme injecteur pour le collisionneur d'ions lourds relativistes de Brookhaven ; il reste l'accélérateur de protons à haute énergie le plus intense au monde[1].
En 1991, la construction de l'AGS Booster augmente encore les capacités de l'AGS, lui permettant d'accélérer des faisceaux de protons plus intenses et des ions lourds tels que l'or.
Par ailleurs, le LINAC (ACcélérateur LINéaire de particules) de Brookhaven fournit des protons à 200 MeV au booster AGS, tandis que l'EBIS (Electron Beam Ion Source) et le Tandem Van de Graaff fournissent des ions au booster AGS. L'AGS Booster accélère ensuite ces particules pour les injecter dans l'AGS. Finalement, l'AGS sert d'injecteur au RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider, en français : Collisionneur d'Ions Lourds Relativistes).
L'AGS Booster fournit également des faisceaux de particules au laboratoire de rayonnement spatial de la NASA[1].
Importance de la focalisation à gradient alterné
Afin de poursuivre les avancées en physique nucléaire des hautes énergies à l’aide de particules accélérées artificiellement, la réduction du coût par GeV était essentielle. Le CERN a découvert un nouveau principe qui a permis cette réduction au moment de la conception d’une machine européenne.
Une diminution des amplitudes des oscillations libres et forcées des particules accélératrices permettait de réduire la taille de la chambre à vide et la section transversale de l’anneau magnétique, entraînant ainsi une réduction des coûts. Une augmentation de la fréquence des oscillations par un renforcement de la force de rappel permettait de limiter l’amplitude des oscillations libres. Cependant, dans le cas d’un champ magnétique avec un gradient uniforme, une augmentation excessive de ce gradient pouvait compromettre la stabilité horizontale du faisceau.
La solution, développée par Nicholas Christofilos, Ernest Courant, M. Stanley Livingston et Hartland Snyder, repose sur l’alternance du gradient du champ magnétique. Plutôt que de maintenir un gradient constant, la structure de l’aimant est divisée en secteurs où le gradient est alternativement positif et négatif, augmentant ainsi la fréquence des oscillations du bêtatron.
Prix Nobel
Les travaux réalisés à l'accélérateur AGS ont permis l'obtention de trois prix Nobel de physique :
- 1976 : Samuel CC Ting découvre la partie J du J /ψ et le quark charme[2],[3].
- 1980 : James Cronin et Val Fitch découvrent la violation de CP en expérimentant avec les Kaons[4],[3].
- 1988 : Leon Lederman, Melvin Schwartz et Jack Steinberger découvrent le neutrino muonique[5],[3].
Notes et références
- (en) Brookhaven National Laboratory, « A History of Leadership in Particle Accelerator Design : Alternating Gradient Synchrotron (1960-present) » (consulté le )
- ↑ (en) The Nobel Foundation, « Samuel C.C. Ting »
(consulté le )
- (en) Brookhaven National Laboratory, « The Nobel Prize » (consulté le )
- ↑ (en) The Nobel Foundation, « The Nobel Prize in Physics 1980 » (consulté le )
- ↑ (en) The Nobel Foundation, « The Nobel Prize in Physics 1988 » (consulté le )
Voir aussi
Articles connexes
- Mise au point forte (également connue sous le nom de mise au point à gradient alterné – une idée lancée sur cet accélérateur)
Bibliographie
- Abraham Pais, Inward Bound: of matter and forces in the physical world, Oxford University Press, (ISBN 978-0-19-851997-3)
