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Apr 27, 2023

Laboratoire national des accélérateurs SLAC

C'est l'un des bâtiments les moins esthétiques que l'on puisse imaginer. Peint un

C'est l'un des bâtiments les moins esthétiques que l'on puisse imaginer. Peint d'un beige institutionnel blah, il s'étire encore et encore et interminablement, ressemblant à un hangar de stockage long et obsessionnellement droit. Ce fléau sur le paysage bucolique de la péninsule ne respire peut-être pas le romantisme des jardins suspendus de Babylone ou du colosse de Rhodes, mais l'accélérateur linéaire de Stanford est l'une des merveilles du monde - un monument à la quête incessante de l'humanité pour comprendre l'univers.

L'accélérateur de particules est l'épine dorsale du SLAC National Accelerator Laboratory, un complexe de 426 acres sur un terrain de Stanford au large de Sand Hill Road, près du campus universitaire principal. Les graines de ce qui allait devenir le SLAC ont été plantées le 10 avril 1956, lorsque l'usine de StanfordWolfgang"Pief"Panofsky a accueilli un groupe de collègues physiciens chez lui pour proposer un projet audacieux: l'instrument de recherche en physique le plus grand et le plus cher au monde - un accélérateur linéaire d'électrons de 114 millions de dollars et de 2 miles de long. Officiellement appelé Stanford Linear Accelerator Center, ou SLAC, mais affectueusement appelé par les scientifiques de Stanford "le monstre", à l'époque, ce serait le plus grand projet scientifique civil financé par le gouvernement américain.

Les accélérateurs linéaires sont essentiellement d'énormes fusils qui tirent des balles électroniques – dont la vitesse est portée à 99,999 % de la vitesse de la lumière par de puissantes machines à micro-ondes appelées klystrons – vers le bas d'un long canon droit sur des cibles subatomiques telles que les protons. Lorsque les électrons entrent en collision avec la cible, des spectromètres utilisant des aimants massifs mesurent les débris de particules générés. Cela permet aux scientifiques d'étudier les objets les plus élémentaires qui existent et les forces qui les maintiennent ensemble et les séparent.

En 1962, la construction a commencé sur deux structures, chacune de 2 miles de long - une au-dessus du sol abritant 245 klystrons et une à 25 pieds sous terre abritant l'accélérateur. La précision était requise dans leur construction, avec la courbure de la Terre prise en compte (un ajustement vertical de 20 pouces sur 2 milles).

En mai 1966, le premier faisceau d'électrons a abattu l'accélérateur et s'est écrasé sur un proton cible. Deux ans plus tard, le Monstre a été utilisé pour tuer un dragon théorique qui avait longtemps vexé les physiciens. Une série d'expériences de diffusion de protons a prouvé que les particules à l'intérieur des protons n'étaient pas seulement une commodité mathématique, comme on le pensait auparavant, mais existaient réellement. Ils ont été nommés quarks, d'après un mot dansJames Joyce est Finnegans Wake. Physicien du SLACRichard E.Tayloret ses collaborateurs du MIT se sont partagé le prix Nobel pour cette recherche sur les quarks.

S'appuyant sur le succès de l'accélérateur linéaire, les scientifiques ont alors commencé à faire s'écraser des particules directement les unes sur les autres, en utilisant une structure circulaire appelée Stanford Positron Electron Accelerating Ring, ou SPEAR. Lorsque des électrons et des anti-électrons (alias positrons) sont entrés en collision dans l'anneau, de nouvelles particules ont été révélées : le quark charmé et le lepton tau. Ces découvertes ont révolutionné la physique des hautes énergies et ont conduit à deux autres prix Nobel pour les scientifiques du SLAC.

L'accélérateur linéaire de Stanford est un monument de la quête incessante de l'humanité pour comprendre l'univers.

Les chercheurs du SLAC ont également réutilisé de manière créative leurs machines pour construire de nouveaux instruments de pointe. Un effet secondaire de SPEAR a stimulé le premier. Les scientifiques savaient que les électrons entourant l'anneau émettaient de puissants rayons X, connus sous le nom de rayonnement synchrotron, que la plupart considéraient comme une nuisance inutile et dangereuse. Mais quelques scientifiques clairvoyants ont réalisé que les rayons X pouvaient être utilisés pour effectuer des recherches qu'aucune autre machine ne pouvait effectuer. Ainsi est né le Stanford Synchrotron Radiation Project, plus tard appelé Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, ou SSRL. Machine à rayons X la plus puissante au monde, elle permet aux scientifiques d'étudier le monde au niveau atomique et moléculaire.

La deuxième réaffectation a été encore plus spectaculaire. En 2008, l'accélérateur linéaire d'origine du SLAC étant devenu obsolète, un pivot a été fait vers une nouvelle technologie, jusqu'alors non testée : les lasers à rayons X. Les scientifiques ont proposé d'utiliser le dernier tiers de l'accélérateur pour produire un faisceau d'électrons, comme auparavant, et d'ajouter une innovation révolutionnaire : à l'aide d'aimants puissants, ils agiteraient les électrons, produisant des rayons X qui se transformeraient ensuite en impulsions laser. Cela produirait des rayons X 10 milliards de fois plus brillants que ceux du SSRL, permettant aux chercheurs d'enregistrer des images d'objets et de processus extrêmement petits, en temps réel. En effet, cela permettrait aux scientifiques de réaliser des films sur la chimie et la biologie en action.

Beaucoup dans le domaine étaient sceptiques. "Une énorme fraction, peut-être la moitié, de la communauté ne croyait pas (que cela) allait fonctionner", a déclaré le Dr.Persis Drell , ancien directeur du SLAC, dans un documentaire du SLAC. Mais une nuit en 2009, elle a été réveillée avec les mots : « Nous avons un laser. La source de lumière cohérente du Linac, ou LCLS, était opérationnelle, initiant une nouvelle phase révolutionnaire de recherche basée sur la lumière au SLAC. Les scientifiques ont utilisé les lasers du LCLS pour découvrir la structure moléculaire des protéines impliquées dans la transmission des maladies ; étudier la matière extrêmement chaude et dense au cœur des étoiles; et développer des analgésiques de nouvelle génération.

Depuis son ouverture en 1966, le SLAC a été l'un des projets scientifiques les plus productifs au monde, mettant en lumière (littéralement) des aspects fondamentaux de l'univers. Ce long hangar de stockage sous la I-280 peut être disgracieux, mais ce qu'il a contribué au domaine de la connaissance humaine est aussi élevé que le Golden Gate Bridge.