L’univers en laboratoire

Un nouvel accélérateur de particules de grande taille est en cours de construction à Darmstadt. Contrairement au CERN à Genève, les particules lourdes y sont accélérées. Outre la recherche fondamentale, il existe également des applications pratiques, par exemple dans le traitement du cancer.

L’accès au nouvel accélérateur de particules est toujours caché derrière une grande bâche en plastique. Si vous le poussez de côté, l’entrée d’un méga-laboratoire souterrain s’ouvrira. Les scientifiques de Darmstadt enquêtent sur les mystères de l’univers à environ 20 mètres sous terre.

Un nouvel accélérateur de particules est en construction sur l’un des plus grands chantiers scientifiques au monde depuis 2017. Le béton utilisé ici suffirait pour huit stades de football à Francfort, et l’acier pour neuf tours Eiffel.

600 000 mètres cubes de béton, 65 000 tonnes d’acier

Le tunnel circulaire de l’installation technique a déjà été construit, ainsi que quelques autres grands halls. Les scientifiques appellent respectueusement l’une d’elles la « Cathédrale ». D’une blancheur radieuse, comme les autres salles, elle attend l’installation d’appareils compliqués, avec lesquels à partir de 2028 des ions seront accélérés presque à la vitesse de la lumière et amenés à entrer en collision.

Les chercheurs tirent les particules sur des échantillons de matériaux et peuvent produire de la matière cosmique pendant un bref instant au minuscule point d’impact. En principe, ils veulent rechercher les conséquences du Big Bang et découvrir comment de nouvelles particules et de la matière sont créées.

L’installation en construction, appelée FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), est reliée au GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, qui a été fondé en 1969. L’accélérateur linéaire qui s’y trouve amènera ensuite les ions jusqu’à une vitesse de base avant qu’ils ne soient ensuite amenés presque à la vitesse de la lumière dans le nouvel accélérateur annulaire, soit près de 300 000 kilomètres par seconde.

« Inconcevable », admet Ingo Peter. Il est lui-même physicien et travaille au bureau de presse du FAIR et du GSI. « Nous ne pouvons pas non plus imaginer et comprendre cela. Mais nous pouvons y faire face, nous pouvons mener des recherches et aussi les mettre en œuvre techniquement. Mais personne ne peut vraiment, véritablement comprendre, dans le cœur », déclare Peter.

Nouveaux éléments – y compris le darmstadtium

Dans le passé, les scientifiques ont découvert six nouveaux éléments du tableau périodique dans l’installation déjà existante du GSI. Les éléments 107 à 112 complètent désormais le tableau connu de l’école – dont le darmstadtium. Il a été créé par la fusion de deux éléments chimiques.

« Nous utiliserons également le nouvel accélérateur de particules pour produire de la matière », explique Ingo Peter, « comme cela ne se produit que dans l’univers. De cette façon, nous pouvons explorer l’univers ici dans le laboratoire sur terre. »

3 000 scientifiques de plus de 50 pays mèneront des expériences dans l’installation à l’avenir. Outre la recherche fondamentale, les applications déjà développées doivent également être modifiées. De 1997 à 2008, par exemple, 440 patients cancéreux ont été abattus avec le faisceau d’ions généré ici et des tumeurs cérébrales ont été traitées de cette manière. Cela se fait maintenant avec un système beaucoup plus petit, par exemple à la clinique universitaire de Heidelberg.

faire avancer la recherche sur le cancer

Les chercheurs de Darmstadt travaillent actuellement sur un moyen de bombarder des tumeurs mobiles, par exemple dans les poumons, avec un faisceau d’ions. Pour ce faire, le jet doit être précisément aligné et adapté au mouvement des poumons déclenché par la respiration. « Nous devons déplacer le faisceau d’ions provenant de l’accélérateur de particules avec le mouvement de la tumeur », explique le physicien Peter.

En outre, les scientifiques travaillent avec l’ESA sur les effets des rayons spatiaux sur les astronautes, par exemple lors de vols vers la Lune ou vers Mars. Encore un rêve du futur, mais : « Des gens ont entrepris de telles missions, et notre tâche est d’étudier les effets de ce rayonnement cosmique », dit Peter.

Pour ce faire, les scientifiques du laboratoire bombardent des échantillons de cellules avec des faisceaux d’ions concentrés. Les dommages qui en résultent devraient ensuite permettre de développer une protection adaptée pour les astronautes. Pour que la science-fiction puisse éventuellement devenir réalité.