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En bref : Awake, une étape vers un LHC miniature

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Les travaux de génie civil préalables à la construction de l'expérience Awake ont débuté. Si tout va bien, elle permettra en 2016 d'étudier pour la première fois en Europe l'accélération par champ de sillage plasma entraînée par des faisceaux de protons. À terme, il s'agit de développer une technologie permettant de miniaturiser de grands accélérateurs de particules comme le LHC.

Principe de l'accélération protons-plasma. Un paquet de protons provoque l'apparition d'un plasma dans un milieu matériel, pas forcément un gaz. L'impulsion laisse sur son passage, dans ce plasma, une sorte d'onde de sillage sur laquelle vont surfer des particules chargées qui sont ainsi accélérées à des hautes énergies sur une distance plus courte qu'au LHC. © Lawrence Berkeley National Laboratory

Il faudra peut-être monter à des énergies supérieures à quelques dizaines, voire des centaines de TeV pour découvrir des signes d'une nouvelle physique, par exemple pour produire en laboratoire des particules de matière noire. Cette perspective n'est pas encourageante car il faudrait construire une machine encore plus puissante et coûteuse que le LHC. À moins que l'on puisse accélérer des particules plus facilement et plus rapidement, ce qui signifie obtenir des gradients de champs électriques plus élevés ce qui permettrait aux particules d'atteindre des énergies élevées en parcourant des distances plus courtes.

Depuis des années, une technologie alternative est à l'étude : l'accélération par champ de sillage plasma. Elle consiste à produire, à l'aide d'un laser ou d'un faisceau de particules chargées se déplaçant dans un plasma, des gradients accélérateurs plus élevés que ceux des cavités radiofréquence actuelles. Les réalisations actuelles ont de faibles performances mais l'expérience Awake (A proton-driven plasma wakefield acceleration experiment en anglais) pourrait atteindre des valeurs des centaines de fois plus élevées. Elle exploitera l'accélération par champ de sillage à l'aide de paquets de protons de 400 GeV issus du Supersynchroton à protons (SPS), au Cern. Si tel est bien le cas, dans un futur proche, de telles machines seraient capables d'accélérer des paquets d'électrons à environ 100 GeV sur une centaine de mètres.

Le Cern vient de débuter les travaux de génie civil, qui permettront l'installation d'une cellule plasma de 10 mètres. La collaboration scientifique internationale, constituée de 14 instituts et comptant plus de 50 ingénieurs et physiciens (avril 2014), s'attachera ensuite à donner la preuve de principe de la faisabilité pour les machines du futur de l'accélération par champ de sillage plasma entraînée par des protons. Il faudra pour cela attendre 2016.

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