Des chercheurs mettent un accélérateur de particules sur une puce en silicium

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Peut-être connaissez-vous le collisionneur de hadrons, l'accélérateur de particules long de près de 27 kilomètres, qui se trouve à proximité de la frontière franco-suisse. Eh bien des chercheurs de l'université de Stanford sont parvenus à réaliser un autre accélérateur, d'une taille cette fois sensiblement réduite. À tel point qu'ils sont parvenus à le placer sur une puce de silicium...

Bien entendu, à ce niveau de miniaturisation, l'accélération fournie par le système est infime en comparaison de celle du grand collisionneur du CERN. Mais le nouveau prototype du SLAC promet tout de même de démocratiser l'accélération de particules pour les scientifiques du monde entier.

Un nouvel espoir pour la médecine

C'est ce qu'explique l'ingénieure et chef de l'équipe en charge du projet, Jelena Vuckovic. Elle déclare, dans la revue Science, que « les accélérateurs les plus volumineux sont comme de puissants télescopes. Il y en a seulement quelques-uns dans le monde et les scientifiques doivent se déplacer jusqu'à eux (comme au SLAC, le Stanford Linear Accelerator Center de l'université de Stanford) pour les utiliser. Nous voulons miniaturiser la technologie de l'accélération de manière à en faire un outil de recherche plus accessible ».

L'équipe de Jelena Vuckovic compare cette évolution à celle de l'informatique, dont les composants sont progressivement devenus plus petits et plus puissants. Pour le physicien Robert Byer, co-auteur de l'article publié dans Science, la miniaturisation de la technologie de l'accélération autoriserait la réflexion sur de nouveaux traitements de radiothérapie, notamment contre le cancer. « Dans cet article, nous montrons comment nous pourrions diriger un rayonnement de faisceau d'électrons directement vers une tumeur, en laissant les tissus sains inchangés », affirme-t-il.

100 000 fois plus petit qu'un accélérateur traditionnel

Cette idée de miniaturiser un accélérateur de particules n'est pas nouvelle. Le SLAC avait déjà concrétisé un projet similaire en 2013. Aujourd'hui, le nouveau prototype a été miniaturisé, puis installé avec succès sur une puce de silicium de 25 micromètres de long. Mais ce changement d'échelle implique de repenser le fonctionnement de l'appareil : plutôt que d'utiliser les micro-ondes, comme c'est le cas des grands accélérateurs de particules, le mini-accélérateur de l'université de Stanford utilise des impulsions de laser infrarouge. L'accélération de protons apportée par ce type de rayons fournit une énergie semblable à celle des micro-ondes, tout en parcourant une distance largement inférieure (dix fois moins que la largeur d'un cheveu).

L'équipe a également dû miniaturiser les structures de l'accélérateur, qui sont désormais de l'ordre de 100 fois plus petites que les structures de cuivre que l'on peut trouver dans un accélérateur traditionnel. La conception a été confiée à un algorithme, qui a indiqué aux chercheurs comment disposer les éléments afin que les photons entrent correctement en contact avec le flux d'électrons.

Les chercheurs veulent désormais ajouter un millier de canaux à cette puce, afin que le flux d'énergie puisse atteindre 94 % de la vitesse de la lumière. D'après Jelena Vuckovic, cela fournirait aux scientifiques une puissance suffisante pour la poursuite de recherches, notamment médicales. Les scientifiques du monde entier se sont cependant pas tous orientés vers la miniaturisation de l'accélération. La Chine, par exemple, fait même le pari inverse.

Source : Science Daily