Qu'est-ce qu'un faisceau de particules?
Un faisceau de particules est un faisceau de particules accélérées, généralement des particules chargées (ions). Les applications réelles d'un faisceau de particules comprennent les accélérateurs de particules ("atom smashers"), la physique des plasmas, les téléviseurs à tube cathodique, les écrans d'ordinateur et les thérapies anticancéreuses. Après une brève série de recherches sur les armes à faisceaux de particules dans les années 80, ces enquêtes ont été en grande partie abandonnées. Les lasers et autres armes à énergie dirigée retiennent l'attention et les fonds consacrés à la recherche. Un exemple naturel de faisceau de particules serait la foudre, où les électrons sautent des nuages chargés négativement au sol neutre.
La plupart des types de faisceaux de particules sont constitués de particules chargées telles que des protons ou des électrons, car les particules chargées sont faciles à accélérer avec des aimants. La plupart des faisceaux de particules sont créés en faisant passer un flux de particules à travers une série de dispositifs, chacun d'eux conférant un léger coup de pouce au faisceau, jusqu'à ce qu'il soit accéléré à une vitesse significative. Dans certains accélérateurs de particules, cette vitesse peut atteindre 99,999% de la vitesse de la lumière. Les faisceaux de particules constitués d'électrons tendent à être les plus rapides, car ces particules sont plus de mille fois plus légères que les protons et peuvent donc être accélérées plus facilement.
Bien que le terme "faisceau de particules" ait une sensation de science-fiction, des faisceaux de particules se retrouvent dans toutes les télévisions à tube cathodique. Même tous les câbles électriques peuvent être considérés comme contenant une sorte de faisceau de particules d'électrons, même si leur chemin est rarement linéaire. Dans une télévision à tube cathodique, un faisceau de particules est produit par un canon à électrons. Le canon à électrons tire des électrons sur un écran fluorescent, qui s'allume en réponse aux particules entrantes, produisant une image.
Une utilisation innovante des faisceaux de particules est la radiothérapie, où un faisceau de particules est dirigé pour tuer les cellules cancéreuses. Les inconvénients de cette approche sont les dommages causés aux cellules saines et le risque d’exposition excessive aux rayonnements. Le mécanisme d'action est le rayonnement qui endommage l'ADN des cellules malignes, les rendant ainsi incapables de se reproduire. L'un des défis de ce type de radiothérapie est la formation de tumeurs à faible teneur en oxygène - des tumeurs dont la circulation sanguine est trop importante. Les tumeurs à forte teneur en oxygène sont idéales pour la radiothérapie, car bombarder les tissus oxygénés de radiations libère de nombreux radicaux libres qui causent des dommages secondaires aux cellules cancéreuses.
Les faisceaux de particules les plus puissants au monde sont ceux utilisés dans les plus grands accélérateurs de particules, tels que le Large Hadron Collider (LHC) près de Genève, en Suisse. Le Grand collisionneur de hadrons se trouve dans un tunnel de 27 km de circonférence, jusqu’à 175 m de profondeur. Avec un coût d'environ 10 milliards de dollars US (dollars américains), le LHC est l'une des machines les plus grandes et les plus chères jamais construites.