Pourquoi les physiciens ont essayé de mettre un furet dans un accélérateur de particules

Jun 21, 2023

EN FÉVRIER 1971, LES PHYSICIENS DU National Accelerator Laboratory de Batavia, dans l’Illinois, ont commencé à tester la plus grande machine au monde : un accélérateur de particules synchrotron à protons en forme d’anneau de 200 milliards d’électrons-volts (BeV*). Les enjeux étaient élevés. Le directeur du NAL, Bob Wilson, avait déclaré au ministère américain de l'Énergie qu'il pourrait le faire fonctionner d'ici cinq ans pour 250 millions de dollars, et cela faisait quatre ans. Ils se sont vite heurtés à un problème déroutant : les aimants essentiels à son fonctionnement ne cessaient de tomber en panne.

La solution low-tech proposée à ce problème high-tech ? Un furet nommé Felicia.

Mais d’abord, un peu de contexte. Le NAL, aujourd'hui connu sous le nom de Fermilab, du nom du physicien Enrico Fermi, possède une chaîne d'accélérateurs : un accélérateur linéaire (linac), un booster, un anneau de recyclage et un anneau d'injecteur principal. Le linac fournit le faisceau de protons et la première décharge d'énergie ; le booster l'accélère ; le recycleur le « regroupe » en groupes de protons pour un faisceau plus intense ; et l'anneau d'injection principal fait tourner le faisceau des dizaines de milliers de fois jusqu'à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Les particules sont ensuite envoyées vers diverses installations de test, où elles sont écrasées les unes contre les autres ou contre une cible fixe. La collision qui en résulte, observée par un détecteur de particules, révèle leurs intérieurs et crée parfois des particules exotiques. Ce sont les éléments les plus fondamentaux de l'univers.

En 1971, le design était un peu différent ; D'une part, les anneaux d'injecteur et de recycleur n'existaient pas. Ce qui s'est produit, c'est un accélérateur situé à six kilomètres à la ronde, appelé l'anneau principal. Il était équipé d’aimants qui guident le faisceau à travers les accélérateurs : « 774 aimants dipolaires – qui dirigent le faisceau de particules – et 240 aimants quadripolaires – qui focalisent le faisceau », comme l’a rappelé le physicien Ryuji Yamada, qui a conçu l’aimant dipolaire.

Ce ne sont pas des aimants pour réfrigérateur : chacun mesure 20 pieds de long et pèse près de 13 tonnes. Au début, seuls deux aimants sont tombés en panne lorsque l'isolation en fibre de verre autour de leurs bobines s'est brisée. C'est vite devenu deux par jour. Au cours des mois suivants, l'équipe a remplacé 350 aimants.

Pourtant, le 30 juin 1971, ils réussirent pour la première fois à envoyer un faisceau de particules tout autour de l’anneau. En août, ils en avaient envoyé un environ 10 000 fois. Mais lorsqu’ils ont essayé d’accélérer les particules au-dessus de sept BeV, les aimants ont été court-circuités.

Yamada a finalement compris la cause : des éclats de métal laissés lorsqu'ils ont coupé les tubes à vide. "Ainsi, lorsque les aimants étaient excités dans un champ plus élevé", écrit-il, "ils étaient tirés à l'intérieur de l'espace magnétique, se relevaient et arrêtaient le faisceau, car ils étaient un matériau légèrement magnétique."

Ils ont dû retirer les éclats. Mais comment?

Robert Sheldon, un ingénieur britannique qui avait été recruté par NAL pour trouver « des raccourcis et des idées permettant d'économiser de l'argent », a suggéré qu'un furet, équipé d'un outil de nettoyage, pourrait faire le travail, courant dans les tubes à vide comme pour chasser des lapins. d'une garenne. "Dans sa région du Yorkshire, les chasseurs utilisaient des furets", a écrit Frank Beck, ancien chef des services de recherche au Fermilab. "Un furet n'hésiterait pas à courir à l'intérieur du tube en acier inoxydable, même si cela impliquait un long voyage vers l'inconnu."

Le furet est arrivé par livraison spéciale de la Wild Game and Fur Farm de Gaylord, Minnesota. Mesurant 15 pouces de long, elle était le plus petit furet qu'ils aient eu. Sa fourrure était brune et noire, à l'exception de taches blanches sur son visage. Ils l'appelaient Félicia. Elle a coûté 35 $.

Ils ont placé un collier personnalisé autour du cou de Felicia et une couche autour de ses fesses ; les crottes de furet dans un tube arrêteraient également un proton. Ils attachèrent une ficelle au collier. Félicia devait amener la ficelle d'un bout à l'autre d'un tube. Ensuite, ils attachaient un tampon imbibé de nettoyant à la ficelle et le faisaient passer.

Mais Felicia a refusé d'entrer dans le tube à vide de l'anneau principal. Peut-être était-elle intimidée par la boucle noire, étroite et sans lumière, qui faisait six kilomètres à la ronde.

Face à un furet récalcitrant, les scientifiques l'ont réaffecté à une section de tubes de 12 pouces de large dans le Meson Lab, une installation d'essai encore en construction. "On lui a appris à courir dans des tunnels de plus en plus longs jusqu'à ce qu'elle soit prête à essayer l'une des sections de 300 pieds qui seront assemblées pour fabriquer les tubes du Meson Lab", a noté Time.