En février 1971, les essais à Tevatron, la plus grande installation expérimentale du monde à cette époque, ont commencé
au Laboratoire national d'accélération des États-Unis (NAL), maintenant connu sous le nom de Fermilab. C'était un anneau souterrain de 6,3 km de long, dans lequel les protons et les antiprotons devaient accélérer à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
L'enjeu était de taille. Le directeur de NAL, Bob Wilson, a promis au département américain de l'Énergie de lancer Tevatron dans cinq ans. Quatre ans après le début du projet, qui a été dépensé 250 millions de dollars, les physiciens étaient confrontés à un problème incompréhensible: les aimants qui accélèrent les particules se décomposent déjà à 0,2 GeV en rafales. Cependant, pour résoudre ce problème de haute technologie, une solution élégante de faible technologie a été proposée - un furet nommé Felicia.
Comment Tevatron a fonctionné
Tevatron , qui a servi la science jusqu'en 2011, était une chaîne d'accélérateurs. Au début, les molécules d'hydrogène étaient entraînées par deux accélérateurs linéaires, où elles étaient ionisées, atteignaient 400 MeV, donnaient des électrons et se transformaient en protons¹.
Des protons ont été envoyés au synchrotron de rappel. Là, ils ont acquis une énergie de 8 GeV, après quoi ils sont tombés dans un autre accélérateur auxiliaire (le soi-disant injecteur principal), qui a porté leur énergie à 120 GeV ou 150 GeV. Des caillots de protons d'une énergie de 150 GeV ont été immédiatement injectés dans l'anneau principal d'un rayon d'un kilomètre entouré d'aimants ordinaires et supraconducteurs. Là, ils ont accéléré à 980 GeV et ont acquis une vitesse de 99,89% de lumière.
Des protons de 120 GeV ont bombardé une cible de nickel et généré des antiprotons. Ils se sont rassemblés dans un anneau séparé, puis sont tombés dans l'anneau principal, où ils ont également accéléré à 980 GeV. Ainsi, une énergie de collision d'environ 2 TeV s'est formée dans le tevatron. Ce record était détenu près d'un quart de siècle avant la construction du LHC.
Premier test
La construction du tevatron, 1969.En 1971, Tevatron avait l'air différent: il n'y avait pas d'injecteur principal ni de synchrotron principal, seulement un anneau d'accélérateur d'un diamètre de 4 miles. Il abritait 774 aimants dipôles qui contrôlaient le faisceau de particules et 240 aimants tétrapolaires qui focalisaient le faisceau².
Ce ne sont pas des aimants de réfrigérateur: chacun mesurait 20 pieds de long et pesait près de 13 tonnes. Lors des premiers tests, les deux aimants ont endommagé l'isolation en fibre de verre des bobines. Ensuite, cela a commencé à se répéter plusieurs fois par jour, et pendant plusieurs mois, les chercheurs ont dû changer 350 aimants.
Malgré cela, le 30 juin 1971, les physiciens ont réussi à diriger un flux dirigé de particules à travers l'anneau. En août, ils ont réussi à conduire le ruisseau en cercle environ 10 000 fois de suite. Mais quand ils ont essayé d'accélérer les particules au-dessus de 7 MeV, les aimants se sont fermés.
Le physicien Ryuji Yamada, qui a développé l'aimant dipôle, a finalement compris la raison: il y avait de la poussière métallique dans le tube à vide. «Lorsque les aimants ont créé un champ puissant», a-t-il écrit, «des fragments métalliques sont tombés dans l'espace de l'aimant et ont arrêté le flux, car ils étaient un matériau magnétique faible. Il est devenu évident que vous devez supprimer tous les fragments supplémentaires, mais comment?
Solution d'ingénieurs britanniques
Felicia émerge d'un tuyau à vide de 300 pieds de long.Pour rechercher «des solutions et des idées qui permettront d'économiser de l'argent», NAL a invité l'ingénieur britannique Robert Sheldon. Il a suggéré qu'un furet ordinaire pourrait faire ce travail en traversant les tubes à vide comme un trou de lapin. «Les furets ont été utilisés pour chasser des parties du Yorkshire», a écrit Frank Beck³, un ancien directeur de recherche au Fermilab, «« Le furet passera facilement par le tuyau, même s'il s'agit d'un long voyage vers l'inconnu. »
La livraison spéciale d'une ferme à fourrure du Minnesota a envoyé aux scientifiques le plus petit furet qu'ils ont trouvé. Felicia mesurait 15 pouces de long, elle avait une fourrure brune avec des taches blanches sur le visage, et cela coûtait 35 $.
Les scientifiques ont arrêté l'accélérateur, mis un harnais sur le cou et les pattes postérieures de Felicia et avec une broche attachée. Après que l'animal ait passé le tuyau, ils voulaient étirer la tige avec un agent de nettoyage.
Mais Felicia s'est immédiatement rendu compte qu'il n'y avait pas d'odeur de lapin ici et a refusé de monter dans l'anneau principal du tube à vide. Peut-être qu'elle avait peur d'une boucle métallique étroite et non éclairée de quatre milles de long.
Un technicien vérifie un appareil qui contrôle un système de vide dans une section d'un synchroton géant de 200 MeV en construction, vers 1970.
Les Américains n'ont pas abandonné. Ils ont transféré le furet rebelle au laboratoire, où ils l'ont entraînée à parcourir les tubes d'une installation d'essai encore en construction. "On lui a appris à courir le long de longs tunnels jusqu'à ce qu'elle soit prête à essayer l'une des sections de 300 pieds dont il était prévu de fabriquer des tubes à vide dans un laboratoire en mezzanine", a écrit Time⁴.
Selon Beck, après la première manche, Felicia avait l'air un peu fatiguée et gênée, mais complètement en bonne santé. Elle a tendu tout le fil. Comme prévu, les travailleurs ont tiré le rouleau à travers le tube. Il est sorti couvert de taches de poussière.
Bientôt, les médias ont écrit sur la brave Felicia. Après avoir fait sept courses réussies, les journalistes du Time lui ont demandé si elle avait besoin d'un assistant. Un responsable inconnu a répondu: "Si Felicia tombe enceinte, elle pourrait être coincée dans le tube."
Selon Valérie Higgins, archiviste et historienne du Fermilab, Felicia n'était pas en danger. «Les sections à travers lesquelles elle courait étaient en construction, donc il ne pouvait y avoir de stress sur elles. Quant à se coincer ou à suffoquer, on pourrait compter sur l'instinct naturel des furets qui ne monteraient tout simplement pas sur un tunnel trop étroit », a-t-elle déclaré.
Les employés de NAL ont adoré Felicia, ont nourri son poulet, son foie, ses têtes de poisson et son plat préféré - un hamburger cru. Certains employés ont même transporté Felicia chez eux pour la nuit.
Fin de l'expérience
Felicia examine un tube à vide ouvert dans un laboratoire à mésons.Pendant ce temps, l'ingénieur Hans Kaucki a créé un furet magnétique dans l'anneau principal pour traiter les débris. Il a fixé une douzaine de disques Mylar à une tige en acier inoxydable ainsi qu'un câble flexible en acier inoxydable de 700 mètres et un aimant permanent attirant les métaux. Il a ensuite tiré son invention à travers une section de l'anneau principal à l'aide d'air comprimé. «Avec douze opérations, nous pourrions contourner tout le ring», a écrit Yamada. «Nous avons donc pu nettoyer l'intégralité du tuyau d'aspiration, mais pas parfaitement.»
Mais cela a plutôt bien fonctionné, car au cours des prochains mois, l'équipe augmentait régulièrement son énergie et il n'y avait pas un seul circuit dans le système. Le 1er mars 1972, les scientifiques ont accéléré l'accélérateur à 200 MeV.
Après une douzaine de courses dans les tuyaux du laboratoire de la mezzanine, qui après être devenu trop long pour Felicia, elle a pris sa retraite. Elle a passé la plupart de son temps comme animal de compagnie.
Le printemps suivant, la FALICIE est tombée malade au domicile de l'officier NAL Charles Cruz. Elle a été emmenée chez le vétérinaire, mais le 9 mai 1972, elle est décédée d'une rupture d'un abcès dans le tractus intestinal.
Après la mort
Dans la notice nécrologique publiée par The Village Crier, il était écrit qu'il était prévu de fabriquer un épouvantail en Felicia qui rappellerait les premiers stades du développement de NAL.
Portrait de FeliciaSi Felicia était taxidermée, alors on ne sait rien à ce sujet. «Je n'ai trouvé aucune preuve et personne ne se souvient que cela se soit jamais produit», explique Higgins, qui cherchait des personnes qui travaillaient avec Felicia ou qui pouvaient en savoir plus sur son sort après sa mort. Hélas, trop peu de témoins de ces événements ont survécu.
La plupart des artefacts historiques associés au Fermilab sont stockés sous la gestion de Higgins. Mais est-il possible que Felicia se cache encore quelque part au fond des étagères?
"Il est peu probable", dit Valérie, "" Je serais heureux si je la trouvais, mais maintenant il n'y a presque plus d'endroits dans le coffre-fort où personne n'a cherché depuis longtemps. "
Aujourd'hui, le Fermilab est l'un des 17 laboratoires nationaux, et plusieurs accélérateurs de particules y sont installés. Sur les 13 particules subatomiques connues du modèle standard de l'univers - six quarks, six leptons et le boson de Higgs - trois y ont été découvertes: le quark b en 1977, le quark t en 1995 et le neutrino tau en 2000.
Selon le représentant du Fermilab, Andrea Salles, le complexe d'accélérateurs fonctionne 24h / 24, à l'exception de plusieurs périodes de maintenance. À l'heure actuelle, les tuyaux sont également nettoyés. Pour les sections courtes, les opérateurs d'accélérateurs utilisent un long manche avec un chiffon. S'il s'agit d'un long tunnel, ils utilisent une méthode testée par Felicia: «Ils utilisent généralement la corde sur laquelle le rouleau de nettoyage est tiré».
PS
¹.
Collision frontale: géants élémentaires².
Heure du ring principal: les jours les plus sombres et les plus amusants du Fermilab³.
Cinquante ans d'histoire du Fermilab⁴.
Archives du Fermilab⁵.
Découvertes clés du Fermilab