E8 Le rayonnement synchrotron comme phénomène fondamental

Topique

Toute particule chargée dont la trajectoire se courbe – comme cela se produit inévitablement lors de son passage à travers l'un des aimants dipolaires décrits au début de ce catalogue – émet un rayonnement électromagnétique, un phénomène appelé rayonnement synchrotron. La quantité d'énergie rayonnée par révolution augmente fortement avec l'énergie de la particule et est d'autant plus importante que la courbe qu'elle décrit est prononcée. De ce fait, les pertes d'énergie constituent un facteur de conception prépondérant pour les collisionneurs d'électrons circulaires de haute énergie, tandis qu'elles sont comparativement négligeables pour les collisionneurs de protons d'énergie équivalente, car l'intensité du rayonnement dépend fortement de la masse de la particule accélérée. Cette différence entre électrons et protons est la principale raison physique pour laquelle les collisionneurs circulaires de plus haute énergie construits à ce jour accélèrent des protons plutôt que des électrons, tandis que les collisionneurs d'électrons circulaires de haute précision sont limités à des énergies plus modérées ou cèdent la place à des conceptions linéaires, où la particule ne traverse la zone d'accélération qu'une seule fois et ne développe jamais une trajectoire courbe prolongée – une comparaison qu'un modèle ultérieur de ce catalogue développe en détail. Au-delà d'une contrainte de conception, ce rayonnement synchrotron est aussi un outil extrêmement précieux : son spectre intense et brillant, couvrant une large gamme de longueurs d'onde, a permis la construction d'installations spécifiquement conçues pour l'exploiter dans la recherche sur les matériaux et la biologie structurale, utilisant l'accélérateur non comme un collisionneur mais comme un générateur de lumière de très haute qualité. C'est pourquoi ce module, qui s'ouvre sur l'inévitable perte d'énergie inhérente à toute trajectoire courbe, se conclut en montrant comment cette perte, loin d'être un simple coût, devient le fondement de toute une catégorie d'installations scientifiques.

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