Le CERN pourra bientôt tester une technologie révolutionnaire d’accélération des particules. Les derniers éléments clés de l’expérience AWAKE viennent d’être installés : sa source d’électrons, sa ligne de faisceaux d’électrons et son spectromètre à électrons. Ainsi s’achève la phase d’installation de l’expérience AWAKE (accélération par champ de sillage plasma entraînée par des protons) dont l’objectif est de développer une nouvelle technique d’accélération des particules.
Les accélérateurs actuels utilisent des champs électriques générés par des cavités radiofréquence pour accélérer les particules chargées. L’expérience AWAKE consiste à faire « surfer » un faisceau d’électrons sur des ondes de charges électriques, également appelées champs de sillage. Ces ondes se créent au moment de l’injection d’un faisceau de protons au cœur de l’expérience AWAKE, une cellule de plasma de 10 mètres remplie de gaz ionisé. Quand les protons traversent le plasma, ils attirent des électrons libres, ce qui génère des champs de sillage. Un deuxième faisceau de particules, des électrons cette fois, est injecté pendant la phase appropriée, derrière le faisceau de protons. Alors, à la manière d’un surfeur glissant sur une vague, les électrons sont ensuite accélérés par le champ de sillage des protons.
Une fois sortis de la cellule de plasma, les électrons passent au travers d’un aimant dipolaire qui incurve leur trajectoire. Un scintillateur, autre élément nouvellement installé, attend les électrons à la sortie de l’aimant dipolaire et montre si ces derniers ont été accélérés ou non. Il s’agit en fait d’un écran qui s’éclaire à chaque fois qu’une particule chargée le traverse. La trajectoire des électrons qui auront été accélérés est moins déviée par le champ magnétique, et ceux-ci apparaissent par conséquent d’un côté du scintillateur.
Jusqu’à fin 2017, l’expérience AWAKE dans son ensemble, y compris la source d’électrons et la ligne de faisceaux d’électrons, sera mise en service et préparée pour une année qui s’annonce capitale. « Il est essentiel de créer d’abord un faisceau d’électrons de grande qualité, c’est-à-dire d’une énergie et d’une intensité appropriées, pour ensuite pouvoir l’injecter dans la ligne de faisceaux d’électrons et la cellule de plasma », explique Ans Pardons, coordinatrice de l’intégration et de l’installation d’AWAKE.
La première étape cruciale a été franchie en décembre 2016, puis au cours de l’année 2017, quand les premières données ont prouvé que des champs de sillage avaient effectivement été générés. Aujourd’hui, AWAKE se prépare à franchir un nouveau cap. L’objectif poursuivi l’année prochaine sera de prouver que l’accélération d’électrons dans le sillage de paquets de protons est possible.