HIE-ISOLDE : La physique nucléaire fait le plein d'énergie

Le détecteur au germanium Miniball, utilisant les premiers faisceaux d'HIE-ISOLDE pour les expériences décrites ci-dessous (Image : Julian/CERN)

Pour la première fois en 2017, l'accélérateur linéaire HIE-ISOLDE a commencé à envoyer des faisceaux à une expérience, ce qui marque le début du programme de physique des hautes énergies d'ISOLDE pour cette année.

Le projet HIE-ISOLDE (High-Intensity and Energy upgrade of ISOLDE) a consisté à intégrer un nouvel accélérateur linéaire (linac) dans l'installation ISOLDE du CERN (séparateur d’isotopes en ligne). ISOLDE est une installation de recherche nucléaire unique en son genre qui produit des noyaux radioactifs (contenant un trop grand nombre ou un trop petit nombre de neutrons) que les physiciens utilisent pour étudier diverses questions, allant des propriétés des noyaux atomiques à la recherche biomédicale, en passant par l'astrophysique.

ISOLDE fonctionne depuis le mois d'avril, date à laquelle la chaîne d'accélérateurs du CERN s'est réveillée de son arrêt technique hivernal ; toutefois HIE-ISOLDE vient seulement de redémarrer car de nouveaux éléments, plus précisément un nouveau cryomodule, a dû être installé, étalonné, aligné et testé. 

Chaque cryomodule est construit dans la salle blanche du CERN avant d'être installé l’un après l’autre dans l'accélérateur HIE-ISOLDE(Video: Christoph Madsen/CERN

Chaque cryomodule contient cinq cavités supraconductrices utilisées pour accélérer le faisceau à de plus hautes énergies. Grâce au troisième module qui vient d'être installé, HIE-ISOLDE est désormais capable d'accélérer les noyaux jusqu'à une énergie moyenne de 7,5 MeV par nucléon, comparée à l'énergie de 5,5 MeV par nucléon atteinte en 2016.

Cette énergie plus élevée permet également aux physiciens d'étudier les propriétés d'isotopes plus lourds – actuellement les isotopes les plus lourds étudiés ont un nombre de masse allant jusqu’à 200 ; plus tard dans l'année, il sera possible d’utiliser des isotopes de masse 206 ; à titre de comparaison, l'année dernière, les isotopes les plus lourds étaient de masse 142. À compter de 2018, le linac d'HIE-ISOLDE contiendra quatre de ces cryomodules et pourra atteindre une énergie de 10 MeV par nucléon.

« Chaque isotope que nous étudions est unique. Ainsi, chaque expérience étudie un isotope différent ou une propriété différente de cet isotope. Le linac d'HIE-ISOLDE nous permet d'adapter un faisceau aux besoins en énergie et en masse de chaque expérience », explique Liam Gaffney, qui pilote la station Miniball, à laquelle sont connectées de nombreuses expériences HIE-ISOLDE.

Les faisceaux d'HIE-ISOLDE seront disponibles jusqu'à la fin novembre ; treize expériences espèrent utiliser l'installation durant cette période – soit plus du double par rapport à l'année dernière. La première expérience, qui débute aujourd'hui, étudiera les interactions électromagnétiques entre noyaux en collision de l'isotope radioactif sélénium 72 et une cible en platine. Grâce à cette réaction, les chercheurs pourront déterminer si le noyau a la forme d'un disque aplati ou s'il est plutôt allongé, comme un ballon de rugby – ou s’il s’agit en fait d’un mélange des deux formes.