Comment est créé un faisceau de protons ?

Un proton est l'un des éléments constitutifs de l'atome. Les protons, ainsi que les neutrons et les électrons beaucoup plus petits, constituent les éléments de base. Lorsque ces particules microscopiques sont focalisées en un rayon étroit et projetées à des vitesses extrêmement élevées, cela s'appelle un faisceau de protons. Les faisceaux de protons sont des choses extrêmement utiles, à la fois pour les physiciens expérimentateurs et les médecins.

Les protons ont une charge électrique positive. Les choses avec des charges opposées s'attirent, tandis que les choses avec la même charge se repoussent. C'est le principe central d'un accélérateur de particules, la machine utilisée pour fabriquer des faisceaux de protons. Les protons sont accélérés à travers un tube par des électro-aimants. Lorsqu'un proton se trouve derrière les aimants, l'aimant passe à une charge négative pour attirer le proton vers lui. Au fur et à mesure que le proton passe devant l'aimant, la charge passe au positif, pour éloigner le proton de lui, l'accélérant davantage. Une rangée entière de protons d'affilée forme un faisceau de protons.

Un faisceau de protons peut atteindre presque la vitesse de la lumière, mais il faut du temps pour que les particules se mettent en route. Une façon de le faire est d'utiliser un grand accélérateur linéaire. Les accélérateurs linéaires sont des choses énormes - jusqu'à 2 miles de long.

Une autre façon de le faire est d'utiliser un accélérateur circulaire. Les accélérateurs circulaires, ou cyclotrons, ont un champ magnétique conçu pour courber le trajet de la particule en cercle. Un faisceau de protons dans un cyclotron tournera sans cesse jusqu'à ce qu'il atteigne une vitesse suffisante. Ensuite, ils seront abattus sur leur cible.

Les faisceaux de protons ont de nombreuses applications utiles. Ils sont souvent utilisés en physique théorique. Les accélérateurs de particules écrasent des protons dans d'autres protons, ainsi que des neutrons et d'autres particules élémentaires. Lorsque les particules entrent en collision, les scientifiques mesurent les petites particules rejetées par la collision. Ils essaient de découvrir des choses sur les gluons, les quarks et les autres particules de base qui composent les protons.

Les faisceaux de protons sont également utilisés en radiothérapie. Les protons sont soigneusement dirigés et tirés sur les tumeurs, où ils endommagent leur ADN et tuent les cellules cancéreuses. Ce type de thérapie endommage très peu les tissus environnants. Contrairement à la chirurgie, elle ne nécessite pas de coupe, ce qui la rend beaucoup plus sûre et moins nocive pour certains types de tumeurs. En particulier, les faisceaux de protons ont été très efficaces pour traiter certains types de cancer de l'œil. Auparavant, l'œil devait être retiré pour atteindre la tumeur, mais il peut désormais être ciblé par le faisceau de protons.