Accélérateurs de Particules : Principes & Limitations - LPSC

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Johann Collot Cours de l'école doctorale de physique de Grenoble et du DESA de Casablanca Accélérateurs de particules : principes & Limitations Année : 2006 Accélération et émittance normalisée ................................................................................................47 7.5 Dynamique longitudinale :................................................................................................................47 Énergie de transition :.........................................................................................................................48 Oscillations synchrotrons ..................................................................................................................49 8 Collisionneurs :.........................................................................................................................................50 Diffusion sur une cible fixe :..............................................................................................................51 Cas idéal de collision frontale :..........................................................................................................51 Les faisceaux ont un défaut d'alignement ..........................................................................................52 Les faisceaux se croisent avec un angle.............................................................................................53 Les faisceaux sont asymétriques et tournés l'un par rapport à l'autre :...............................................53 Les faisceaux ne sont pas parallèles ..................................................................................................54 Exemple : le LHC...............................................................................................................................57 8.1 Refroidissement des faisceaux d'antiparticules :...............................................................................58 Cas des positons :...............................................................................................................................58 Cas des antiprotons :...........................................................................................................................58 9 Pour en savoir plus :..................................................................................................................................60 2
Johann Collot Cours de l'école doctorale de physique de Grenoble et du DESA de Casablanca Accélérateurs de particules : principes & Limitations Année : 2006 1 Introduction : Pour une bonne part , l'essor de la physique des hautes énergies durant la seconde moitié du vingtième siècle est due aux progrès remarquables accomplis dans les techniques de l'accélération des particules chargées. Ce sont les accélérateurs de particules qui fixent actuellement les limites des énergies accessibles à grande luminosité : Tevatron , Fermilab (USA) s= , LEP200 , CERN = − HERA , DESY (Allemagne) = , où s est l'énergie totale disponible dans le centre de masse des collisions. Pour mieux apprécier ce que l'on entend par haute énergie, on peut calculer la puissance du faisceau aux points de collision à LEP200 . La puissance transportée par un faisceau de particules portant chacune une énergie cinétique E, une charge e et produisant un courant total moyen I est donnée par : = × ce qui pour LEP200 conduit à : = × = , qui est comparable à la puissance électrique produite par une centrale nucléaire ! Cependant, seule une fraction infinitésimale de cette puissance est consommée par les collisions e + e - . Ce cours exposera les notions fondamentales qui permettent de comprendre le fonctionnement et les limitations des diverses machines: cyclotron , linac , synchrotron... 2 Principes fondamentaux : 2.1 Équations de Maxwell : Les accélérateurs de particules mettent en œuvre les lois fondamentales de l'électromagnétisme. Dans le système MKS , les équations de Maxwell sont : où : ∇⋅E= 0 représente la densité de charges source , est la vitesse des charges source , , ∇× E=− ∂ B ∂ t ∇⋅B=0 , ∇×B= 0 v 1 c 2 ∂ E ∂ t sont les champs électrique et magnétique externes et = − , = . 3
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