Rencontre avec ISOLDE : les débuts

Salle de contrôle d'ISOLDE en 1987, avant que l'installation ne change de site et d'accélérateur. (Image : CERN)

On dirait que personne ne sait ce que signifient les deux dernières lettres du nom de l'installation ISOLDE, au CERN. « Dépense exorbitante ? » plaisante Björn Jonson, qui, dans le cadre familier de la cafétéria du CERN, vient de me raconter son expérience au service du Comité Nobel.

Pour fêter les 50 ans de physique à ISOLDE, une série de cinq brefs documentaires sur l'installation a été réalisée. Voir le premier épisode. (Vidéo : Christoph Madsen/CERN)

Les quatre premières lettres du nom de cette installation expérimentale, la plus ancienne du CERN puisqu'elle fête aujourd'hui ses 50 ans de physique, sont l'acronyme de Isotope mass Separator On-Line. Je supposais que Björn Jonson, l'un des premiers à avoir travaillé sur le projet, saurait me révéler la signification des deux dernières lettres de l'acronyme, mais il s'en tire par une pirouette : « Danish Engineering. Les ingénieurs danois sont évidemment les meilleurs. »

C'est en 1967 que Björn Jonson a rejoint ISOLDE, qui n'était encore qu'une expérience rattachée au Synchrocyclotron. Mais l'histoire extraordinaire d'ISOLDE avait commencé 17 ans plus tôt à Copenhague, où deux physiciens, Otto Kofoed-Hansen et Karl-Ove Nielson, s'étaient lancés dans une recherche.

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Björn Jonson a commencé à travailler à ISOLDE en 1967 en tant que boursier. Trois ans plus tard, devenu titulaire, il emménageait en Suisse avec son épouse et leurs trois filles, ayant fait le trajet depuis la Suède dans sa Volvo flambant neuve. Cette photo a été prise cinq ans plus tard, en 1975, juste avant qu'il devienne responsable de l'installation ISOLDE. Ici, Björn Jonson au poste de commande, configurant les détecteurs à barrière de surface pour l'étude des émissions de particules résultant de la désintégration bêta. L'homme à sa droite est Winfried Grüter. (Image : CERN)

L'idée était de mieux comprendre les atomes, éléments constitutifs de toute la matière de notre Univers, en étudiant les propriétés du noyau atomique. Pour cela, ils cherchaient à étudier un type particulier de désintégration radioactive, appelé désintégration bêta, mais leur propre équipement n'était pas en mesure de séparer avec une rapidité suffisante les isotopes qui les intéressaient des autres nucléides.

En 1960, il a donc été proposé d'utiliser le Synchrocyclotron (SC) du CERN pour produire un faisceau de protons de haute intensité, qui pourrait être amené sur des cibles spécialement mises au point pour générer un grand nombre de fragments atomiques variés. Différents systèmes pourraient alors être utilisés pour ioniser, extraire et séparer les noyaux selon leur masse, ce qui permettrait de produire des faisceaux de basse énergie, qui seraient ensuite livrés à plusieurs stations d’expérimentation. Ainsi est né le concept d'ISOLDE, Isotope Separator On-Line DEvice.

Un héritage de l'histoire

Chaque année, les scientifiques d'ISOLDE utilisent l'installation pour étendre la carte des nucléides. En élargissant nos connaissances sur des noyaux de plus en plus exotiques, ils répondent à des questions fondamentales sur l'Univers, mais, dans le même temps, ils rendent possibles des applications qui améliorent la vie quotidienne.

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Helge Ravn (à droite) avait été chargé par le Directeur général du CERN de l'époque, Carlo Rubbia, de coordonner la migration d'ISOLDE au Booster. (Image : CERN)

Même si le nom officiel du CERN est l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, le Laboratoire est aujourd'hui surtout connu pour ses collisions de faisceaux de protons de haute énergie, qui ont pour but de produire et d'étudier des particules subatomiques telles que le boson de Higgs. Cependant, alors que le CERN s'est tourné vers la physique des particules, la recherche menée à ISOLDE reste axée sur la physique nucléaire ; des faisceaux de protons de basse énergie (1,4 GeV) sont utilisés pour produire et étudier des noyaux radioactifs exotiques

« Marie Curie a inspiré tant de femmes, elle les a encouragées à faire de la physique ou de la chimie nucléaires. ISOLDE est aujourd'hui une des installations où les femmes sont les plus présentes.»
– Helge Ravn, chef de groupe technique de 1971 à 2000

« Ce que nous faisons à ISOLDE est la suite directe de la recherche de Marie Curie », explique Helge Ravn. Helge Ravn faisait partie du groupe de chimie nucléaire avant la construction d'ISOLDE ; il est visiblement fasciné par ce sujet. « Marie Curie a inspiré tant de femmes, elle les a encouragées à faire de la physique ou de la chimie nucléaires. ISOLDE est aujourd'hui une des installations où les femmes sont les plus présentes. ISOLDE est une championne de la diversité au CERN et dans le monde scientifique ».

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En 1991, le Synchrocyclotron a été arrêté, et ISOLDE a dû être déplacée puis reliée au Booster du Synchrotron à protons pour que ses expériences puissent continuer. La nouvelle installation a été construite (voir ici) en un temps record afin de réduire au minimum les perturbations pour les scientifiques. (Image : CERN)

En dehors de cet aspect de parité, les recherches entreprises à ISOLDE, qui s'inscrivent dans la lignée des travaux menés par Marie Curie, sont utiles dans les domaines du traitement du cancer par irradiation, de l'astronomie, et même de l'amélioration du fonctionnement de nos ordinateurs.

Sauvée de justesse

Malgré la renommée et les réalisations d'ISOLDE, son existence a failli connaître une fin abrupte lorsqu'il a été décidé d'arrêter le Synchrocyclotron vieillissant, avec ses dispositifs analogiques, depuis longtemps délaissé par les autres expériences et ne desservant plus qu'ISOLDE.

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Cinquante ans après le démarrage d'ISOLDE, son hall expérimental a radicalement changé. (Image : Samuele Evolvi/CERN)

« Moins de deux ans plus tard, nous avions de nouveau un faisceau et pouvions continuer les expériences. C'est un exploit extraordinaire, qui n'a pu être accompli que grâce à l'infrastructure et aux compétences disponibles au CERN. ISOLDE est une expérience unique en son genre », conclut Björn Jonson par une phrase qui résume l'opinion de tous les scientifiques travaillant sur l'installation que j'ai eu l'occasion d'interroger.

ISOLDE a donc été déplacée, et c'est aujourd'hui le Booster du Synchrotron à protons (PSB) qui lui fournit des faisceaux. La modeste installation des années 1960 n'a cessé de croître, et aujourd'hui, elle accueille environ 50 expériences par an, avec le concours de plus de 500 scientifiques.

Cet article est le premier d'une série rendant hommage à ISOLDE à l'occasion de ses 50 ans de physique. Vous pouvez consulter les autres articles de la série ici.