Des chercheurs ont récemment réussi à mettre en service le plus petit accélérateur de particules au monde, appelé Accélérateur d’Électrons Nanophotonique (NEA). Cette innovation technologique de la taille d’une petite pièce de monnaie offre des perspectives prometteuses pour diverses applications, notamment l’utilisation d’accélérateurs de particules miniatures à des fins médicales.
Un accélérateur de particules miniature
Les accélérateurs de particules sont des installations qui propulsent des particules subatomiques, telles que les électrons, à des vitesses proches de celle de la lumière, permettant ainsi de mieux comprendre la structure de la matière et d’explorer divers domaines scientifiques. Le Tevatron, exploité par le Fermilab aux États-Unis, le Synchrotron à protons du Japon (J-PARC) ou encore le Grand collisionneur de hadrons (LHC), situé en Suisse, sont des exemples bien connus. Pour rappel, ce dernier est célèbre pour avoir découvert le boson de Higgs en 2012 ainsi que les mystérieuses « particules X » plus récemment.
L’Accélérateur d’Électrons Nanophotonique, ou NEA, est un peu différent. Cette structure se compose d’une petite puce électronique abritant un tube à vide encore plus petit composé de milliers de piliers individuels. Les chercheurs parviennent à accélérer des électrons en dirigeant de minuscules faisceaux laser sur ces piliers. Le tube d’accélération principal mesure seulement 0,5 millimètre de long. Il est donc 54 millions de fois plus court que l’anneau de 27 kilomètres qui constitue le Grand collisionneur de hadrons.
L’intérieur du minuscule tunnel ne mesure quant à lui que 225 nanomètres de large. Pour donner une idée de l’échelle, les cheveux humains ont une épaisseur d’environ 80 000 à 100 000 nanomètres.
Des résultats prometteurs
Dans le cadre d’une étude récente, des chercheurs de l’Université Friedrich-Alexander d’Erlangen-Nuremberg (FAU), en Allemagne, ont réussi à utiliser cette mini-installation pour accélérer des électrons de 28,4 kiloélectrons-volts à 40,7 keV, ce qui représente une augmentation d’environ 43%. C’est la première fois qu’un accélérateur d’électrons dit nanophotonique, proposé pour la première fois en 2015, est mis en service avec succès.
Bien que l’énergie des électrons accélérés par le NEA soit bien inférieure à celle produite par les grands collisionneurs comme le LHC, les chercheurs envisagent d’améliorer leur conception en utilisant des matériaux alternatifs ou en empilant plusieurs tubes à côté les uns des autres. Cette optimisation permettrait d’augmenter encore la vitesse des particules.
L’objectif principal de la création de ces accélérateurs miniatures est d’utiliser l’énergie produite par les électrons accélérés pour des traitements médicaux ciblés, notamment pour remplacer des formes plus dommageables de radiothérapie utilisées pour éliminer les cellules cancéreuses. L’idée serait d’intégrer ces accélérateurs de particules dans des endoscopes pour administrer une radiothérapie directe sur la zone affectée du corps. Naturellement, bien que cette application soit prometteuse, elle nécessite encore des avancées significatives pour devenir une réalité dans la pratique.
Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature.
