Synchrotron à gradient alterné

Un des 240 aimants de l'anneau AGS

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].

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 (${\displaystyle 33\times 10^{9}eV=33GeV}$). 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

" Il devint de plus en plus évident que si l'on voulait continuer à progresser en physique nucléaire des hautes énergies par des expériences utilisant des particules accélérées artificiellement, il fallait trouver un nouveau principe qui réduirait le coût par GeV. Le CERN eut la chance de découvrir ce nouveau principe au moment même où l'on envisageait de construire une machine européenne. Le problème était assez simple. Une machine moins chère pouvait être construite si les amplitudes des oscillations libres et forcées des particules accélératrices pouvaient être réduites d'une manière ou d'une autre, de sorte que la taille de la chambre à vide et la section transversale de l'anneau magnétique puissent être réduites. La manière la plus simple de réduire l'amplitude des oscillations libres est d'augmenter la fréquence en augmentant la force de rappel, et bien que cela soit facile à réaliser dans la direction verticale en augmentant le gradient du champ magnétique, la condition de stabilité horizontale est violée si n dépasse l'unité. Le nouveau principe découvert par Christofilos et Courant, Livingston et Snyder augmente la fréquence des oscillations du bêtatron en alternant le signe du gradient du champ magnétique. La structure de l'aimant n'est plus uniforme autour de l'anneau avec un gradient constant mais se décompose en secteurs dont le gradient est alternativement positif et négatif. "

- J.B. Adams, "The Alternating Gradient Proton Synchrotron" (Le synchrotron à protons à gradient alterné)

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

1. (en) Brookhaven National Laboratory, « A History of Leadership in Particle Accelerator Design : Alternating Gradient Synchrotron (1960-present) » (consulté le 25 avril 2024)
2. (en) The Nobel Foundation, « Samuel C.C. Ting » (consulté le 25 avril 2024)
3. (en) Brookhaven National Laboratory, « The Nobel Prize » (consulté le 25 avril 2024)
4. (en) The Nobel Foundation, « The Nobel Prize in Physics 1980 » (consulté le 25 avril 2024)
5. (en) The Nobel Foundation, « The Nobel Prize in Physics 1988 » (consulté le 25 avril 2024)

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, 1988 (ISBN 978-0-19-851997-3)

Liens externes

• Laboratoire national de Brookhaven : page Web du synchrotron à gradient alterné