Le décélérateur d'antiprotons

Tous les accélérateurs n'augmentent pas la vitesse d'une particule. L'AD ralentit les antiprotons afin qu'ils puissent être utilisés pour étudier l'antimatière

Le décélérateur d'antiprotons (AD) est une machine unique qui produit des antiprotons de basse énergie pour l'étude de l'antimatière et « crée » des antiatomes.

Un faisceau de protons provenant du PS (Proton Synchrotron) est projeté dans un bloc de métal. Ces collisions créent une multitude de particules secondaires, dont de nombreux antiprotons. Ces antiprotons ont trop d'énergie pour être utiles à la fabrication d'antiatomes. Ils ont également des énergies différentes et se déplacent aléatoirement dans toutes les directions. Le travail de l'AD est d'apprivoiser ces particules indisciplinées et de les transformer en un faisceau utile à faible énergie qui peut être utilisé pour produire de l'antimatière.

Les antiprotons, qui émergent du bloc sous des angles divergents, sont focalisés avant d'atteindre l'AD. Seule une fraction d'entre eux ont la bonne énergie pour être injectée et stockée dans l'AD.

L'AD est un anneau composé d'aimants de courbure et de focalisation qui maintiennent les antiprotons sur la même trajectoire, tandis que de puissants champs électriques les ralentissent. La propagation en énergie des antiprotons et leur déviation de leur trajectoire sont réduites par une technique dite de "refroidissement". Les antiprotons sont soumis à plusieurs cycles de refroidissement et de décélération jusqu'à ce qu'ils soient ralentis à environ un dixième de la vitesse de la lumière.

Un nouvel anneau de décélération, ELENA (Extra Low ENergy Antiproton), est désormais couplé à l'AD. Ce synchrotron, d'une circonférence de 30 mètres, ralentit encore plus les antiprotons, réduisant leur énergie d'un facteur 50, passant de 5,3 MeV à seulement 0,1 MeV. Un système de refroidissement par électrons augmente également la densité du faisceau. Avec ELENA, le nombre d'antiprotons pouvant être piégés est multiplié par 10 à 100, améliorant l'efficacité des expériences et ouvrant la voie à de nouvelles expériences.

Installé en 2000, l'AD a défrayé la chronique en 2002 lorsqu'un grand nombre d'atomes d'antihydrogène ont été produits pour la première fois. Les premières tentatives ont été faites pour stocker les antiatomes suffisamment longtemps pour pouvoir mesurer leurs caractéristiques. En 2011, une expérience annonçait avoir produit et piégé des atomes d'antihydrogène pendant seize minutes, ce qui était suffisamment long pour pouvoir étudier en détail leurs propriétés. L'année suivante, la première mesure du spectre de l'antihydrogène est publiée. Depuis 2010, les expériences AD ont publié de nombreuses mesures des caractéristiques de l'antimatière, les comparant à celles de la matière.

Actuellement, l'AD et ELENA sont au service de plusieurs expériences qui étudient l'antimatière et ses propriétés : AEgIS, ALPHA, ASACUSA, BASE et GBAR. Tandis qu'ATRAP et ACE ont maintenant terminé leurs expérimentations.