La Société Française de Physique fêtera en 2023 ses 150 ans d’existence. De nombreux événements et expositions seront organisés durant cette année pour célébrer cet anniversaire.
2023 sera aussi un double anniversaire : en effet il y a 150 ans que les premiers dispositifs accélérateurs de particules ont été créés. Les membres de la division accélérateurs de la SFP proposeront donc des animations pour faire découvrir le monde des accélérateurs de particules via des expériences ludiques, spectaculaires ou intrigantes !
Les expériences
| Sources de Particules | |
 | Chambre Plasma Le dispositif, développé au GANIL, permet de comprendre comment les particules et les ions alimentant les accélérateurs sont produits au moyen d’un plasma, un état très particulier et très instable de la matière. Il permet également de comprendre l’origine et la couleur des aurores boréales. |
 | Croix de malte Reproduction de l’une des expériences historiques ayant amené à la découverte des électrons: on chauffe un morceau de métal (cathode) et applique une forte tension. On voit apparaître une image qui est sensible au champ magnétique! |
 | La ronde des électrons Cette expérience ludique permet de comprendre les principes de base d’un accélérateur circulaire type anneau de stockage / synchrotron. L’expérience est constituée d’une ampoule de verre remplie d’azote, d’une cathode, de deux bobines alimentées par un courant et de deux aimants permanents. Lorsque la cathode est mise sous tension, des électrons sont générés et se dirigent vers le haut de l’ampoule. On les « visualise » par la lumière bleue émise sur leur chemin en ionisant le gaz. Lorsque les bobines sont alimentées, la trajectoire des électrons est déviée. On peut trouver le juste courant pour former un cercle, comme dans un synchrotron. Les deux aimants permanents peuvent être approchés de l’ampoule pour tordre l’orbite des électrons et obtenir des trajectoires rigolotes. |
| Supraconductivité et lévitation | |
 | Levitation supraconductrice Cette expérience consiste à faire léviter un petit aimant au dessus d’un bain d’azote liquide à -196ºC. Un disque en matériau supraconducteur refroidi près d’un aimant permanent, placé à une hauteur donnée, modifie les lignes de champ magnétique produites par l’aimant en le figeant en lévitation au-dessus de lui. Tant que le disque reste à l’état supra, l’aimant ne peut être ni rapproché ni éloigné du disque, à moins de déplacer ce dernier en même temps. L’aimant pourra en revanche être mis en rotation au-dessus du disque : sa rotation continuera tant que le disque restera dans l’état supraconducteur. * Le matériau du disque de cette expérience est un oxydes d’yttrium, baryum et cuivre (YBCO), qui devient supraconducteur pour des températures inférieures à -180 °C. Il est refroidi dans un bain d’azote liquide à -196°C. |
  | Le Train supraconducteur Une application de la lévitation supraconductrice (voir plus haut) est le train supraconducteur : ici le disque en matériau supraconducteur se trouve dans un petit récipient isolant, « le train », positionné à une hauteur donnée au-dessus d’un « rail » réalisé avec des aimants permanents fixés sur une plaque. Le train est rempli d’azote liquide, à -196°C, qui refroidit le disque à son intérieur jusqu’à le faire passer à l’état supraconducteur : le train lévite alors au-dessus des aimants du rail et peut être poussé. Il peut ainsi circuler aussi longtemps qu’il y a de l’azote liquide dans le récipient. Cette technique est aujourd’hui à l’étude pour fabriquer des trains grandeur réelle. |
 | Expériences avec des aimants Destinée aux plus jeunes, cette expérience montre que deux aimants s’attirent ou se repoussent suivant le cas, et explore différentes propriétés du magnétisme. |
 | Expériences autour d’un aimant quadripolaire L’expérience recours à des lasers pour montrer comment un aimant, appelé quadrupôle, focalise ou défocalise le faisceau de particules. Le quadrupôle est l’équivalent d’une lentille en optique lumineuse, mais à la différence de la lentille, il ne permet pas de focaliser simultanément dans les 2 plans. Si un quadrupôle focalise dans un des plans, il défocalise automatiquement avec une force identique dans l’autre. Un faisceau initialement rond devient plus large dans une direction et plus étroit dans l’autre. Nous proposons une petite expérience qui illustre ce phénomène en utilisant un jeu de lentilles particulières et une série de lasers qui visualisent la trajectoire des particules. |
 | Simulations de transport de faisceau Le logiciel BeamLeader, développé au CEA-DAM, simule le fonctionnement d’un accélérateur en montrant l’évolution du faisceau le long des différents éléments qui le composent. Grâce à la réponse en temps réel du logiciel, nous montrerons le fonctionnement des principaux éléments magnétiques qui composent un accélérateur, ainsi que le principe de la compression temporelle des paquets de particules. |
 | Simulation d’un accélérateur laser-plasma Présentation de simulations numériques avec le logiciel Smilei pour décrire le fonctionnement d’un accélérateur laser-plasma d’électrons: explorez en 3D les phénomènes de génération d’ondes de sillage derrière une impulsion laser se propageant dans un plasma, l’injection et l’accélération d’électrons dans ces ondes de sillage. |
| Champs électriques | |
 | Saladier accélérateur Une illustration simple du principe d’accélération de particules: une balle faite dans un matériau qui accumule facilement les charges électriques est mise dans un saladier où se trouvent des électrodes. En changeant la polarité des électrodes la balle est alternativement attirée et repoussée par les électrodes ce qui la fait tourner dans le saladier. |
 | La roue de Wimshurst La roue de Wimshurst est une expérience ludique permettant de comprendre les principes de l’électricité statique. La roue de Wimshurst est constituée de deux grands disques isolants disposés côte à côte dans un même plan. Leurs faces extérieures sont recouvertes de secteurs métalliques. Lorsque la machine est actionnée, ces disques se mettent à tourner en sens opposés. Les secteurs métalliques viennent alors frotter contre des balais métalliques reliés à des bouteilles de charge ou à des condensateurs. Ces bouteilles de charge sont elles-mêmes reliées à un éclateur constitué de deux sphères métalliques proches entre lesquelles un arc électrique se crée lorsque la différence de potentiel entre les deux sphères est suffisante. |
 | Générateur de Van De Graaff Une expérience qui produit des étincelles ! Le générateur de Van De Graaff permet d’accumuler des charges électriques dans une sphère chargée isolée de la terre par un isolant. Au fur et à mesure de l’accumulation de charges la tension électrique de la sphère monte jusqu’à atteindre plusieurs milliers de volts. Si l’on approche une seconde sphère reliée à la terre une décharge électrique se produit en créant une étincelle de plusieurs centimètres de long. |
| Vide et basses pressions | |
 | Propagation du son dans le vide Lors de cette expérience une enceinte audio est insérée dans une chambre à vide. À mesure que l’on pompe l’air, l’intensité du son diminue. Le son remonte lorsque l’on fait remonter la pression. On démontre ainsi que le son a besoin d’air pour se propager. |
  | Gonflage d’un ballon sous vide d’air Dans cette expérience un ballon légèrement gonflé est placé dans une enceinte à vide. On pompe ensuite l’air dans l’enceinte et l’on voit le volume du ballon augmenter: cela démontre que le volume du ballon ne dépends pas de la quantité d’air qu’il contient mais de l’équilibre des pressions sur ses parois. |
| Ondes et Couleurs | |
 | Le « disperseur de couleurs » Cette expérience permet de comprendre que la lumière est constituée de plusieurs « couleurs », c’est-à-dire de plusieurs longueurs d’onde, correspondant à des énergies de photons différentes. Une source de lumière est diffractée dans un réseau, de manière à faire apparaitre les couleurs de l’arc-en-ciel sur un écran. Un thermomètre placé « au-delà » du rouge permet de mettre en évidence la présence d’ondes infra-rouge qui chauffent le thermomètre. |
 | Figures de Chladni Cette expérience très visuelle permet de voir les motifs formés par du sable sur une plaque vibrante. Ces motifs correspondent aux « noeuds » des ondes qui excitent la plaque. |
Les villes
| Ville | Lieu | Dates |
| Nantes | À définir | Janvier 2024 |
| Paris | Festival Double Science 2023 (26 au 28 mai) | |
| Vannes | À définir | |
| Bretigny sur Orge | à confirmer | (à confirmer) 15, 16 et 17 septembre |
| Roscoff | Journées Accélérateurs 2023 – début octobre 2023 – à confirmer | |
| Villetaneuse | hall de l’institut Galilée | 10 octobre |
| Gif sur Yvette | Espace du Val de Gif | dimanche 26 et lundi 27 novembre 2023 |
| Caen | GANIL | (à confirmer) 8 décembre (scolaires) 9 décembre (grand public) |
Les villes où l’exposition a déjà eu lieu
| Ville | Lieu | Date |
| Massy | Médiathèque Hélène Oudoux | Vendredi 9 décembre 2022 (scolaires) Samedi 10 décembre 2022 (grand public) |
| Dijon | Université | Mardi 4 à jeudi 6 avril 2023 |
Les besoins de l’exposition
L’exposition est modulable: elle peut être composée de quelques expériences seulement pour s’adapter aux attentes de l’hôte et à la place disponible sur le lieu d’accueil.
Prévoir environs 6m2 par expérience (espace pour le public compris) avec une table et une prise électrique par expérience sur disjoncteur 30mA. Il est proposé d’organiser l’exposition sur deux jours, un jour pour les scolaires (par exemple un vendredi) et un jour pour le grand public (par exemple le samedi).
Les soutiens financiers
Cette exposition est réalisée grâce au soutien du LabEx P2IO (ANR-10-LABX-0038) dans le cadre des investissements d’avenir (ANR-11-IDEX-0003-01) de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) et de l’axe P2I de la graduate school de Physique de l’Université Paris-Saclay.
Les organismes partenaires
