Un nouvel anneau pour ralentir l’antimatière

L’anneau de décélération ELENA, de 30 mètres de circonférence, va réduire l'énergie des antiprotons pour améliorer l'efficacité des expériences sur l'antimatière. (Photo : Maximilien Brice/CERN)

On dirait un accélérateur miniature. ELENA loge dans un hangar et se laisse embrasser du regard. Cette toute nouvelle machine du CERN, qui mesure seulement 30 mètres de circonférence, vient de commencer ses premiers tests avec faisceau. Mais elle n’accélère pas, elle décélère.

Le nouvel anneau de décélération ELENA (Extra Low ENergy Antiproton) va être couplé au Décélérateur d’antiprotons (AD), en service depuis 2000. L’AD, unique en son genre, permet d’étudier l’antimatière.

L’antimatière, sorte de matière miroir, intrigue en effet les physiciens. Par exemple, matière et antimatière auraient dû été créées en quantités égales au moment du Big Bang, l’événement à l’origine de notre Univers. Or, l’antimatière semble avoir disparu de l’Univers. Où est-elle passée ? C’est l’une des questions que les physiciens essaient de résoudre avec le Décélérateur d’antiprotons

Il ralentit des antiprotons (antiparticules des protons) à une énergie de 5,3 MeV, la plus basse possible dans cette machine de 182 mètres de circonférence. Les antiprotons sont ensuite envoyés vers des expériences qui les étudient ou les utilisent pour fabriquer des atomes d’antimatière. Plus les antiprotons sont lents (autrement dit, moins ils ont d’énergie), plus il est facile pour les expériences de les étudier ou de les manipuler.

C’est là qu’ELENA entre en jeu. Couplé à l’AD, le petit anneau va encore ralentir les antiprotons, pour réduire leur énergie d’un facteur 50, de 5,3 MeV à seulement 0,1 MeV. La densité des faisceaux sera par ailleurs améliorée. De 10 à 100 fois plus d’antiprotons pourront être piégés par les expériences, améliorant l’efficacité des expériences et ouvrant la voie à de nouvelles possibilités d’études.

Vidéo accélérée de l’installation des composants d’ELENA. (Vidéo : Noemi Caraban/CERN)

Décélérer des faisceaux est aussi compliqué que de les accélérer. Plus les particules sont lentes, plus il est difficile de maîtriser leur trajectoire. À basse énergie, les faisceaux sont plus sensibles à des perturbations extérieures, comme le champ magnétique terrestre. ELENA est donc doté d’aimants optimisés pour fonctionner à  des niveaux de champ très faible. Un système de refroidissement par électrons permet de concentrer et ralentir les faisceaux.

Les éléments du nouveau décélérateur installés, les équipes ont commencé les premiers tests avec faisceau.

« Après cinq ans de développement et de fabrication, c’est une étape très importante. Nous allons poursuivre les tests dans les semaines à venir pour voir si tout fonctionne comme prévu, explique Christian Carli, le chef du projet ELENA. La première expérience raccordée à ELENA, GBAR, devrait recevoir son premier faisceau en 2017.»

Les autres expériences seront raccordées durant le deuxième long arrêt technique des accélérateurs du CERN, en 2019-2020. ELENA pourra alimenter quatre expériences en parallèle.

Vue à 360°C de l’anneau de décélération ELENA de 30 mètres de circonférence (Photo : Maximilien Brice/ CERN)