Un accélérateur de particules, également connu sous le nom de briseur d’atomes ou de collisionneur de particules, est un dispositif qui accélère les particules subatomiques à des vitesses élevées et les maintient dans de petits faisceaux cohérents. Les accélérateurs de particules ont de nombreuses applications d’usage courant et dans la recherche en physique expérimentale et théorique. Le Grand collisionneur de hadrons, le plus grand accélérateur de particules existant au moment de sa construction, a été conçu pour faire entrer en collision des particules dans l’espoir de les séparer et de découvrir la particule théorique du boson de Higgs. Des accélérateurs beaucoup plus petits sont présents sous la forme de tubes à rayons cathodiques dans de simples téléviseurs.
Les tubes à rayons cathodiques et les générateurs de rayons X, tous deux utilisés quotidiennement par de nombreuses personnes, sont deux exemples d’accélérateurs de particules à basse énergie. Un téléviseur à tube cathodique a un tube à vide contenant un ou plusieurs canons à électrons et les moyens de dévier le faisceau d’électrons. Le faisceau est dévié au besoin sur un écran fluorescent, à partir duquel des images sont émises. Les générateurs de rayons X accélèrent et heurtent de grandes quantités de rayons X avec une cible de métaux lourds ; tout ce qui se trouve entre le générateur et le métal augmentera le motif des rayons X frappant le métal. Les professionnels de la santé l’utilisent pour diagnostiquer des problèmes à l’intérieur du corps humain.
Les accélérateurs de particules de plus grande puissance, tels que ceux capables de déclencher des réactions nucléaires, sont généralement utilisés à des fins scientifiques. Un accélérateur de particules utilisé pour les expériences de physique accélère généralement des flux de particules subatomiques dans des directions opposées à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Ils manipulent ensuite et heurtent ces faisceaux ; les particules qui composent les faisceaux se brisent les unes contre les autres et se brisent. Les physiciens utilisent des détecteurs spéciaux pour analyser les particules décomposées, à la recherche de particules encore plus petites. Chaque nouvelle particule découverte par les physiciens fournit un monde d’informations sur la nature et la composition de toute matière.
De nombreux collisionneurs de particules expérimentaux, en particulier le Grand collisionneur de hadrons, ont suscité des inquiétudes chez certains physiciens quant au risque posé par de tels dispositifs non seulement aux scientifiques impliqués mais à la Terre dans son ensemble. Certaines théories mathématiques montrent la possibilité qu’un accélérateur de particules à haute puissance puisse provoquer la formation de trous noirs miniatures. La plupart des physiciens, cependant, conviennent que ces micro-trous noirs, s’ils étaient produits, présenteraient peu ou pas de menace car ils se dissiperaient en rayonnement de Hawking inoffensif ou se développeraient trop lentement pour présenter un quelconque danger raisonnable.
Un accélérateur de particules peut sembler à certains être un outil quelque peu primitif, rappelant les hommes des cavernes fracassant des pierres ensemble pour découvrir ce qui existe à l’intérieur. Cependant, les connaissances scientifiques acquises grâce à de tels dispositifs sont immenses et continueront probablement de l’être à mesure que les accélérateurs de particules deviendront de plus en plus puissants. L’électron, par exemple, a été découvert grâce à l’utilisation d’un tube à rayons cathodiques. Certains théorisent que la particule du boson de Higgs, si elle est découverte, pourrait fournir la clé d’une bien meilleure compréhension du monde physique dans son ensemble.