Des scientifiques créent le plus petit accélérateur de particules au monde

Si la longueur des accélérateurs de particules se mesure généralement en centaines de mètres ou en kilomètres, des chercheurs allemands ont récemment dévoilé le plus petit jamais créé, ne dépassant pas 0,2 millimètre.

Mini-accélérateur de particules

Le grand collisionneur de hadrons et les autres installations massives similaires accélèrent les particules telles que les électrons à l’aide d’aimants et de champs électriques. Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature, Peter Hommelhoff, de l’université d’Erlangen-Nuremberg, et ses collègues ont utilisé les ondes lumineuses plutôt que radio (beaucoup plus longues) pour créer le plus petit accélérateur de particules au monde, mesurant moins d’un millimètre de long.

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Leur dispositif se compose de deux rangées parallèles de milliers de colonnes en silicium, mesurant 2 micromètres de haut. Pour le faire fonctionner, les chercheurs ont placé un laser au-dessus de cette « piste », sur laquelle des électrons étaient introduits latéralement. Les ondes lumineuses générées ont interagi avec les minuscules structures en silicium pour créer un champ électromagnétique et des amas de particules, accélérés à des vitesses de plus de cent mille kilomètres par seconde.

Des expériences impliquant une version de 0,5 millimètre de long ont permis d’accélérer significativement les particules, augmentant la quantité d’énergie qu’elles transportaient de 43 %. Selon Hommelhoff, cela indique que l’approche est évolutive et que ce type d’accélérateur pourrait être intégré à des puces ou placé directement à l’extrémité d’une fibre optique.

World’s smallest particle accelerator is 54 million times smaller than the Large Hadron Collider, and it works https://t.co/wPMmRhqD0V

— Live Science (@LiveScience) October 25, 2023

Pour l’instant, le nouveau dispositif ne donne aux électrons qu’un millionième de l’énergie qu’ils acquièrent dans les grands accélérateurs, mais l’équipe estime que l’utilisation de silice fondue permettrait aux colonnes de supporter des faisceaux laser beaucoup plus intenses.

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« Nous pensons pouvoir en créer des versions suffisamment petites pour tenir dans la pointe d’un stylo »

D’après Hommelhoff, l’utilisation de la lumière pour réduire significativement la taille des accélérateurs avait été proposée dès les années 1960, mais les défis posés en matière d’ingénierie avaient longtemps empêché la concrétisation de cette idée.

« Nous pensons pouvoir en créer des versions suffisamment petites pour tenir dans la pointe d’un stylo », explique le chercheur. « Parmi les applications possibles, on peut imaginer des outils médicaux ou de stérilisation pour les laboratoires de biologie. »