Je ne comprends pas comment un accélérateur de particules peut cibler si précisément les atomes de manière à ce qu'ils se rencontrent. Quelle est la largeur du faisceau ? Combien d'atomes remplissent la circonférence du faisceau ?

Article initialement publié sur Quora

Ca fait plusieurs questions… J’ai répondu à certaines dans La FAQ du LHC - Pourquoi Comment Combien , notamment:

il y a 2808 paquets de protons qui tournent en même temps dans le LHC dans chaque sens, et chaque paquet contient 100 milliards de protons. Au total, il y a un dix-milliardième de gramme de protons répartis sur les 27km de tube

Au LHC, les collisions se produisent sur les 4 sites d’expérience où les faisceaux tournant en sens opposé se croisent, avec une précision incroyable effectivement. Ceci se fait en utilisant 2 groupes d’aimants:

• des “triplets de focalisation” qui concentrent chaque faisceau[1] en les rendant 12,5 fois plus fins, leur largeur passant de 0,2 millimètres à 16 micromètres
• des quadrupoles qui déplacent un faisceau de quelques microns pour l’aligner sur l’autre. Selon la figure 1.29 trouvée dans [2] il faut une précision de positionnement de l’ordre de 10 microns environ

Malgré ceci, “seulement” 600 millions de collisions par seconde se produisent. Il y a donc beaucoup de protons qui se ratent. La proportion de collisions s’appelle la “Luminosité ” de l’accélérateur, et si j’ai bien compris c’est elle qui est mesurée et un système de régulation agit sur les aimants pour la maximiser.

Le CERN a un grand projet en cours pour augmenter la luminosité du LHC d’un facteur 5 à 10: Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité .

Trouvé au passage une brochure très bien faite sur le LHC et ses caractéristiques : https://project-physicsteaching….

Notes de bas de page

[1] L’union fait la force : les aimants supraconducteurs

[2] https://tel.archives-ouvertes.fr…