Principe de fonctionnement.

Un accélérateur de particules utilise des champs électromagnétiques pour augmenter la vitesse de particules chargées (ions, protons, électrons) jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière dans le vide. Il est composé de trois parties : un générateur de particules chargées, un tube dans lequel un vide poussé a été réalisé et où les particules sont maintenues sur leur trajectoire grâce à une série d'électroaimants, et des dispositifs d'accélération des particules.

L'énergie des particules accélérées est considérable et peut atteindre plusieurs milliers de milliards d'électronvolts (eV), en particulier dans le grand collisionneur de hadrons (LHC) du Cern à Genève, le plus puissant accélérateur de particules au monde.

Types d'accélérateurs.

Il existe deux types principaux d'accélérateurs de particules : les accélérateurs linéaires et les accélérateurs circulaires.

Dans les accélérateurs linéaires, les particules circulent en ligne droite dans un tube à vide où elles sont accélérées par les alternances favorables d'un champ électrique alternatif.

Dans les accélérateurs circulaires, les particules sont déviées par un champ magnétique qui leur impose une trajectoire fermée ; à chaque tour, elles sont accélérées par un champ électrique alternatif réglé en phase avec leur passage. Pour accroître l'énergie maximale, diverses options techniques ont été successivement adoptées : cyclotrons, synchrotrons, synchrocyclotrons, etc.

Les collisionneurs à anneaux de stockage (tel que le LHC), dans lesquels se croisent des paquets de particules circulant en sens inverse, sont les appareils les plus puissants, les plus volumineux et les plus coûteux utilisés par les physiciens. Ils sont destinés à l'étude des particules élémentaires.

Utilisations.

En s'entrechoquant ou en percutant une cible fixe, les particules accélérées génèrent d'autres particules et des rayonnements qui renseignent les physiciens sur les propriétés et la structure la plus intime de la matière. Si les accélérateurs les plus connus sont de gigantesques machines, tel que le LHC du Cern (27 km de tunnel), la plupart des accélérateurs sont de taille beaucoup plus réduite et ont des applications en médecine (traitement de cancers par radiothérapie) ou dans l'industrie (irradiation des aliments, traitement de surfaces, etc.).