Synchrotron à gradient alterné

Le Synchrotron à Gradient Alterné (AGS) est un accélérateur de particules situé au laboratoire national de Brookhaven à Long Island, New York, États-Unis.

Ce AGS a été construit sur le concept innovant du gradient alterné, ou principe de forte focalisation, 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 atteint son énergie nominale de 33 milliards d'électrons-volts ($33\times 10^{9}eV=33GeV$). Et jusqu'en 1968, l'AGS était l'accélérateur d'énergie le plus élevé au monde, légèrement supérieur à son homologue de 28 GeV, le synchrotron à protons du CERN. Il a ainsi permit à certains des chercheurs de l'AGS d'obtenir trois prix Nobel.

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.

En 1991, la construction de l'AGS Booster augmente encore les capacités de l'AGS, lui permettant d'accélérer des faisceaux de protons et d'ions lourds plus intenses tels que l'or.

Par ailleurs, le LINAC (ACcélérateur LINéaire de particules) de Brookhaven fournit 200 millions d'électron-Volt de protons au booster AGS, et les accélérateurs RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider, en français : Collisionneur d'Ions Lourds Relativistes) et Tandem Van de Graaff fournissent d'autres ions au booster AGS. L'AGS Booster accélère ensuite ces particules pour les injecter dans l'AGS.

L'AGS Booster fournit également des faisceaux de particules au laboratoire de rayonnement spatial de la NASA.

Importance de la mise au point à gradient alternatif

« It became increasingly clear that if further progress was to be made in high energy nuclear physics by experiments using artificially accelerated particles some new principle must be found that would cheapen the cost per GeV. It was lucky for CERN that just at the time a European machine was being considered this new principle was discovered. The problem was simple enough. A cheaper machine could be built if the amplitudes of the free and forced oscillations of the accelerating particles could be decreased in some way so that the vacuum chamber size and the cross-section of the magnet ring could be reduced. The simplest way to reduce the amplitude of the free oscillations is to increase the frequency by increasing the restoring force, and although this is easy to achieve in the vertical direction by increasing the magnetic field gradient, the condition for horizontal stability is violated if n exceeds unity.
The new principle discovered by Christofilos and Courant, Livingston and Snyder increases the frequency of the betatron oscillations by alternating the sign of the gradient of the magnetic field. The structure of the magnet is no longer uniform round the ring with a constant gradient but is broken up into sectors whose gradient is alternatively positive and negative. »

— J.B. Adams, "The Alternating Gradient Proton Synchrotron"

Prix Nobel

Les travaux réalisés à l'accélérateur AGS ont permit l'obtention de trois prix Nobel de physique :

• 1976 : Samuel CC Ting découvre la partie J du J /ψ et le quark charme.
• 1980 : James Cronin et Val Fitch découvrent la violation de CP en expérimentant avec les Kaons.
• 1988 : Leon Lederman, Melvin Schwartz et Jack Steinberger découvrent le neutrino muonique.

Voir également

• Mise au point forte (également connue sous le nom de mise au point à gradient alterné – une idée lancée sur cet accélérateur)

Notes et références

• 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