150 ans de la SFP : Projet exposition de Physique des Accélérateurs

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

Nom
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.
Levitation supraconductrice
Lors de cette expérience on fait 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 sans le déplacer au 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.

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 va refroidir 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 et laissé circuler le long de celui-ci aussi longtemps qu’il y ait de l’azote liquide dans le récipient. Cette technique est aujourd’hui à l’étude pour fabriquer des trains grandeur réelle.
Expériences autour d’un aimant quadripolaire
L’expérience montre avec des lasers l’action d’un aimant, appelé quadrupôle, qui focalise ou défocalise le faisceau de particules. Il est l’équivalent d’une lentille en optique lumineuse mais s’en distingue radicalement par son impossibilité à 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. 
Générateur de Van De Graaff
Une expérience simple lors de laquelle des étincelles de quelques centimètres de long sont produites.
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.
Saladier accélérateur
Une illustration simple du principe d’accélération de particules: une balle faite dans un matériel 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.
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. 
Expérience de gonflage de ballon avec le vide
Propagation du son sous vide

Les villes

VilleLieuDates
Agglomération Paris-Saclay: Massy Médiathèque
Hélène Oudoux
Vendredi 9 décembre 2022 (scolaires)
Samedi 10 décembre 2022 (grand public)
CaenGANIL(à confirmer)
novembre 2023
DijonÀ définir – Avril 2023
NantesÀ définirMardi 23 Mai 2023 (lycéens)
VannesÀ définir
ParisFestival SFP 2023 (26 au 28 mai)
RoscoffJournées Accélérateurs 2023 – début octobre 2023

Les besoins de l’exposition

L’exposition est modulable: elle peut être composée de seulement quelques expériences pour s’adapter aux besoins de l’hôte. 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