Notre Synchrotron à protons fête ses 50 printemps!
C’est dans la soirée du 24 novembre 1959 qu’Hildred Blewett, détachée au CERN par le laboratoire de Brookhaven, s’exclame, incrédule: «Oui, ça y est, on a passé la transition!». Un premier faisceau de 1010 protons avait non seulement passé la barre fatidique des 5,2 GeV, mais il avait même déjà atteint 24 GeV, l’énergie maximale de la machine à l’époque.
Écran montrant le fonctionnement du PS, photographié le jour de son 50e anniversaire. Les trois pics blancs indiquent différentes phases d'opération (cycles) du PS. Durant le premier et le troisième cycle, le PS produit un faisceau de très faible intensité pour la mise en route du LHC. Pendant le second cycle, le PS déverse des protons vers la zone Est.
Au fil des années, le PS s’est entouré d’un complexe d’accélérateurs linéaires et circulaires et d’anneaux de stockage, dont le nombre a culminé jusqu’à huit au milieu des années 90: Linacs 2 et 3 à protons et à ions lourds, collecteur et accumulateur d’antiprotons (AC et AA), anneau à antiprotons de basse énergie (LEAR), injecteur linéaire pour le LEP (LIL), anneau d’accumulation d’électrons et de positons (EPA) et synchrotron injecteur (PSB). C’est ce dernier qui a permis au PS d’augmenter son intensité, jusqu’à atteindre son record actuel de 3,15×1013 protons par impulsion, plus de 3000 fois celle du démarrage.
Malgré son nom, le synchrotron «à protons» a, durant sa longue carrière, accéléré une grande gamme d’autres particules: ions légers (deutons, alphas, oxygène et soufre) et lourds (indium et plomb), antiprotons pour les ISR et le SPS, et leptons pour LEP. De 1983 à 1996, le PS a également servi de décélérateur d’antiprotons pour le LEAR, désormais converti en anneau à ions lourds LEIR.
Aujourd’hui, le PS continue de jouer un rôle primordial comme distributeur de faisceaux de protons pour le SPS, pour la zone Est, la production d’antiprotons à l'AD, et de neutrons à nTOF, ainsi que dans la chaîne d’injecteurs de protons et d’ions lourds du LHC. Entre autres tâches, c’est lui qui définit la structure des paquets et leur espacement dans le grand collisionneur au bout de la chaîne.
Durant ces cinquante années, en plus de servir en particules la communauté de physique, le PS a été le moteur de nombreuses innovations en technologie des accélérateurs: méthodes d’extraction (extraction en un tour par aimant de déflexion rapide, extraction lente par excitation de résonnance sextupolaire, «transfert continu» en 5 tours et, plus récemment, extraction multi-tours en cours de mise en route en 2009), reconstitution de l’espace des phases longitudinal par tomographie, mesure d’émittances par fil volant et innombrables gymnastiques radio fréquence. On doit aussi souligner l’importance de la «modulation d’impulsion à impulsion», qui a permis, dès la fin des années 60, de fournir toute une série de faisceaux d’énergies et d’intensités différentes d’un cycle à l’autre, à une grande variété d’utilisateurs.
Malgré une si riche et longue histoire, le PS n’est pas encore prêt pour la retraite: en 2013, la machine sera équipée d’un nouveau pré-injecteur de protons, le Linac 4.
Ces premières traces sur l’oscilloscope (de haut en bas: intensité du faisceau, tension aux bornes de l’aimant principal et signal de séquencement marquant la fin de l’accélération) indiquent qu’un faisceau de protons a été accéléré jusqu’à 24 GeV, faisant du PS l’accélérateur de particules le plus puissant du monde. (Photo Courrier CERN, nº 11 vol.9, nov. 1969).
Visitez également les pages du numéro d'octobre du Courrier CERN consacrées au PS.
Un symposium consacré aux événements majeurs qui ont marqué la physique des hautes énergies ces 50 dernières années s'est tenu au CERN les 3 et 4 décembre 2009.
par Django Manglunki
