L'accélération magnétique est-elle la seule manière d'accélérer des particules?

Non, ce n'est pas la seule manière, mais c'est celle qui permet actuellement d'obtenir les plus grandes énergies de collisions. D'autres possibilités existent. Par exemple, en créant une différence de potentiel entre deux points, il est possible d'accélérer une particule chargée comme un électron, un proton ou un ion. Une différence de potentiel se créé lorsqu'un objet est chargé électriquement. Un bon exemple est lorsque vous frottez un ballon sur votre tête. Le ballon se charge d'électron et colle à vos cheveux. Un générateur de Van de Graaff fonctionne en chargeant une sphère de métal avec des électrons. Lorsque la tension est suffisante, la boule se décharge dans la plus petite. L'université Laval a longtemps utilisé un générateur de Van de Graaff comme accélérateur de particules.

Principe de base d'un générateur Van de Graaf.
(Source: Wikipedia)

Un Van de Graaff est fascinant par sa simplicité. Sur le diagramme, nous voyons une courroie qui monte les charges vers le dôme de métal. C'est littéralement un monte-charge!!! La courroie est recouverte de petites lanières de métal, qui frotte à la base et se charge d'électricité statique. La courroie monte les charges qui s'accumulent sur le dôme. Quand vous frottez votre ballon sur votre tête, vous faites exactement comme un Van de Graaff!

Il y a une autre méthode prometteuse pour accélérer des particules. Elle consiste à accélérer des particules avec l'aide de laser ultra puissant. La méthode se nomme l'accélération laser. L'accélération laser nécessite un plasma. Un plasma est produit lorsque la matière est tellement chaude, que les électrons se libèrent des atomes. Le milieu est alors composé d'électrons libres et d'ions, qui sont des atomes chargés positivement.

Le soleil est une immense boule de plasmas.
(Source:www.myoo ps.org)

Pour obtenir une accélération laser, nous produisons une onde plasma en tirant dans le plasma avec le laser le plus intense possible. Le champ laser crée une séparation de charges dans le plasma qui se propage dans le milieu; une onde plasma. Il est préférable aussi que l'impulsion soit ultra-courte. L'onde plasma va se propager dans le milieu à la vitesse de groupe du laser dans le milieu. Bref, à la vitesse de la lumière dans le plasma. Une fois l'onde produite, certains électrons surfent sur l'onde plasma et gagnent de la vitesse, beaucoup de vitesses. Les électrons peuvent atteindre une énergie de 200 MeV en 2mm !!! L'électron volt est une mesure d'énergie. Un électron dans un plasma à 10000 K a une énergie d'un ou deux eV. Après son "surf" il a multiplié son énergie par 200 millions!!! Et ce, en 2 mm! C'est une accélération de 1 suivi de 22 zéro fois la gravité actuelle!

Surfons la vague pour atteindre des énergies supérieures!
(Source: www.xarj.net)

Les chercheurs tentent maintenant d'obtenir le GeV. L'accélération laser ne s'aligne pas pour concurrencer les grands accélérateurs. Cette technique est utilisée en radiothérapie pour produire des électrons et des protons de hautes énergies pour tuer les tumeurs. L'avantage est que l'accélération laser donne des faisceaux de particules quasi mono énergétiques et est plus compact qu'un accélérateur de particules.