Un nouvel accélérateur de particules de grande taille est en construction à Darmstadt. Contrairement au CERN à Genève, les particules lourdes y seront accélérées. Outre la recherche fondamentale, il s’agit également d’applications pratiques, par exemple dans le traitement du cancer.
L’accès au nouvel accélérateur de particules est encore dissimulé derrière une grande bâche en plastique. En la poussant sur le côté, on découvre l’entrée d’un méga-laboratoire souterrain. En effet, les scientifiques de Darmstadt étudient les mystères de l’univers à environ 20 mètres sous terre.
Sur l’un des plus grands chantiers scientifiques du monde, un nouvel accélérateur de particules y est en construction depuis 2017. Le béton utilisé ici suffirait pour huit stades de football de Francfort, l’acier pour neuf tours Eiffel.
600.000 mètres cubes de béton, 65.000 tonnes d’acier
Le tunnel circulaire pour l’installation technique est déjà construit, ainsi que quelques autres grands halls. Les scientifiques appellent l’une d’entre elles « la cathédrale » avec respect. D’un blanc éclatant, elle attend, comme les autres salles, l’installation d’appareils compliqués qui permettront, à partir de 2028, d’accélérer les ions presque à la vitesse de la lumière et de les faire entrer en collision.
#en plein milieu : Le nouvel accélérateur de particules à Darmstadt
Alex Jakubowski, HR, tagesthemen 22h15, 21.2.2023
Les chercheurs envoient les particules sur des échantillons de matériaux et peuvent générer de la matière cosmique pendant un bref instant au point d’impact minuscule. C’est ainsi qu’ils veulent en principe explorer les conséquences du big bang et découvrir comment de nouvelles particules et de la matière sont créées.
L’installation en construction, appelée FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), est rattachée au GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (Centre de recherche sur les ions lourds), fondé dès 1969. L’accélérateur linéaire qui s’y trouve doit plus tard amener les ions à une vitesse de base, avant qu’ils ne soient ensuite amenés dans le nouvel accélérateur circulaire à une vitesse proche de celle de la lumière, c’est-à-dire à près de 300 000 kilomètres par seconde.
Un accélérateur linéaire au GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Ici, les ions doivent être amenés à une vitesse de base.
Image : Alex Jakubowski
« Inimaginable », admet Ingo Peter. Il est lui-même physicien et travaille au service de presse de FAIR et GSI. « Imaginer et comprendre, nous ne le pouvons pas non plus. Mais nous pouvons nous en servir, nous pouvons faire de la recherche et la mettre en œuvre techniquement. Mais la compréhension réelle, authentique, dans le cœur, personne ne peut le faire », explique Peter.
De nouveaux éléments – dont le Darmstadtium
Dans l’installation déjà existante du GSI, les scientifiques ont découvert par le passé six nouveaux éléments du tableau périodique. Les éléments 107 à 112 complètent désormais le tableau bien connu de l’école – parmi eux, l’élément Darmstadtium. Il est né de la fusion de deux éléments chimiques.
« Nous allons également créer de la matière avec le nouvel accélérateur de particules », explique Ingo Peter, « comme il n’en existe que dans l’univers. Nous pourrons ainsi explorer l’univers ici, dans notre laboratoire sur Terre ».
3000 scientifiques de plus de 50 pays doivent à l’avenir expérimenter dans l’installation. Outre la recherche fondamentale, des applications déjà développées seront également modifiées. De 1997 à 2008, 440 patients atteints de cancer ont par exemple été traités avec le faisceau d’ions généré ici, afin de traiter des tumeurs cérébrales. Entre-temps, cela a été fait avec une installation beaucoup plus petite, par exemple à la clinique universitaire de Heidelberg.
Développer la recherche sur le cancer
Les chercheurs de Darmstadt travaillent désormais sur une possibilité de bombarder également des tumeurs mobiles, par exemple dans les poumons, avec un faisceau d’ions. Pour cela, le faisceau doit être orienté avec précision et s’adapter au mouvement des poumons provoqué par la respiration. « Nous devons faire en sorte que le faisceau d’ions provenant de l’accélérateur de particules suive le mouvement de la tumeur », explique le physicien Peter.
Deux collaboratrices analysent des échantillons de tissus bombardés par un faisceau d’ions.
Image : Alex Jakubowski
En outre, les scientifiques travaillent en collaboration avec l’ESA sur les effets des rayons spatiaux sur les astronautes, lors de vols vers la Lune ou Mars par exemple. De la musique d’avenir pour l’instant, mais : « Les hommes ont envisagé de telles missions et notre tâche est d’étudier les effets de ces rayons cosmiques », conclut Peter.
Pour ce faire, les scientifiques bombardent en laboratoire des échantillons de cellules avec des faisceaux d’ions concentrés. Les dommages qui en résultent devraient permettre de développer plus tard une protection appropriée pour les astronautes. Pour que la science-fiction devienne un jour réalité.
