ELENA : de brillantes perspectives pour la recherche sur l’antimatière

Lors de sa session de juin, le Conseil du CERN a approuvé la construction de l’anneau ELENA (Extra Low ENergy Antiproton ring), qui représentera une amélioration de l’actuel Décélérateur d’antiprotons (AD). ELENA permettra de décélérer davantage les antiprotons, ce qui augmentera le nombre de particules piégées en aval par les expériences. Voilà de quoi stimuler la recherche sur l'antimatière dans les années à venir !

 

Plan de la salle de AD expérimentale: l'anneau décélérateur d'antiprotons (violet), l'ALPHA, ASACUSA et les expériences ATRAP (vert); l'expérience ACE (non représenté), et la nouvelle bague de ELENA (bleu).

 

L’AD, le décélérateur d’antiprotons, est une installation du CERN destinée à l’étude des propriétés de l'antimatière. Les succès récemment obtenus par les expériences AD viennent s’ajouter à la longue liste de résultats scientifiques importants entamée avec le LEAR (Low Energy Antiproton Ring). La demande d’antiprotons à basse énergie auprès de l’AD continue de s'accroître. L’AD alimente actuellement quatre expériences, à savoir ATRAP, ALPHA, ASACUSA et ACE. Une cinquième, AEGIS, a été approuvée et sera alimentée en faisceau pour la première fois à la fin de l’année et d’autres propositions sont à l’étude. Aussi le décélérateur d’antiprotons du CERN n’est-il plus à même de fournir le nombre d'antiprotons nécessaire. À l’heure où les études sur l’antihydrogène évoluent vers la spectroscopie de l’antihydrogène et les mesures gravitationnelles, la pénurie sera d’autant plus marquée.

 

La solution consiste en un petit anneau d’aimants qui sera installé dans le hall actuel de l’AD. Ce sera ELENA, une amélioration de l’usine à antimatière du CERN. Il s’agit d’un décélérateur de 30 m de circonférence qui ralentit les antiprotons à 5,3 MeV extraits de l'AD pour les ramener à une énergie de 100 keV seulement. Une alimentation en antiprotons plus lents facilitera la création d’atomes d’antimatière par les expériences, le but étant d’étudier leurs propriétés. Dans la configuration actuelle, environ 99,9 % des antiprotons produits par l’AD sont perdus en raison des feuilles de ralentisseur nécessaires pour les décélérer davantage, et passer ainsi de l’énergie d’extraction de l’AD à environ 5 keV, l’énergie requise pour effectuer le piégeage. ELENA augmentera de 10 à 100 fois l’efficacité des expériences et permettra aussi de créer une nouvelle zone d’expérimentation.

L’emplacement du nouvel anneau permettra de réduire au minimum l’impact du montage et de la mise en service sur le fonctionnement de l'AD. La mise en service de l’anneau ELENA aura lieu pour l'essentiel en parallèle avec le programme de physique actuel, avec de courtes périodes consacrées à la mise en service au cours de l'exploitation pour la physique. La disposition de la zone d’expérimentation de l’AD ne subira pas de modifications majeures, mais les énergies de faisceau beaucoup plus faibles supposent de concevoir et de construire des lignes de transfert électrostatiques complètement nouvelles.

La construction d’ELENA devrait commencer en 2013, et la première injection pour la physique devrait suivre environ 3 ans plus tard. La phase initiale des travaux comprendra l’installation et la mise en service de l’anneau d’ELENA et utilisera les lignes de faisceaux existantes de l’AD. Les anciennes lignes d’extraction dans toutes les zones d'expérimentation seront remplacées par les nouvelles lignes de faisceaux électrostatiques qui délivreront des antiprotons à l'énergie nominale de 100 keV. Dans sa configuration finale, ELENA pourra délivrer des faisceaux presque simultanément aux quatre expériences, ce qui apportera à chaque expérience un gain de temps de faisceau très appréciable.

 

 

par CERN Bulletin