Laboratoire national de Frascati

Le Laboratoire national de l'INFN de Frascati a été fondé pour accueillir un synchrotron à électrons de 1,1 GeV. Construit sous la direction de Giorgio Salvini, il a commencé à fonctionner en 1959, générant des faisceaux de rayons gamma d'énergie comprise entre 0,4 et 1,1 GeV, ainsi que des faisceaux d'électrons. L'appareil était un anneau de 9 mètres de diamètre composé de quatre aimants de courbure et de quatre courtes sections droites.

Lors d'un séminaire en 1960 Bruno Touschek propose l'idée d'injecter dans le même anneau des faisceaux d'électrons et de positons circulant en sens inverse afin d'étudier leurs collisions. C'est ainsi que fut construit le collisionneur AdA (pour Anello di Accumulazione, anneau d'accumulation) à l'intérieur d'un électroaimant de 1,5 m de diamètre où le champ radiofréquence accélérerait les faisceaux jusqu'à 250 MeV (énergie au centre de masse : 500 MeV). AdA fut ensuite transféré à l'Institut de physique nucléaire d'Orsay qui disposait d'un injecteur plus puissant. C'est là que furent détectées les premières collisions électron-positon.

Le succès d'AdA conduisit à la conception d'une machine plus puissante : le collisionneur ADONE doté de quatre zones expérimentales et d'une énergie de faisceau de 1,5 GeV (énergie au centre de masse : 3 GeV). ADONE a commencé à fonctionner en 1969 et a été définitivement arrêté en 1993. Ses expériences portaient sur les tests d'électrodynamique quantique, les facteurs de forme des protons et des neutrons, l'étude des muons et la production de multihadrons^[3]. Ces expériences sur les multihadrons ont constitué une validation importante du modèle des quarks et de l'hypothèse de la couleur.

La dernière machine, l'accélérateur linéaire DAΦNE, est entrée en service en 2002. Elle a été conçue pour fonctionner à la résonance Φ avec des faisceaux de grande intensité afin de rechercher la violation de CP dans les kaons. De nombreuses autres expériences ont porté sur la production d'hypernoyaux et l'étude des atomes kaoniques.

Dérivés du faisceau d'électrons de l'accélérateur linéaire DAΦNE, des faisceaux de particules de différents types – électrons, positons, photons et neutrons – sont disponibles au laboratoire BTF (Beam Test Facility). Les utilisateurs de cette infrastructure qui viennent tester et étalonner des détecteurs destinés à des expériences de physique des hautes énergies. Le BTF a été modernisé avec la construction d'une deuxième ligne de faisceau dédiée à l'expérience PADME d'étude la matière noire.

Les chercheurs du LNF participent à d'importantes expériences à l'étranger : au CERN (expériences ATLAS, CMS, ALICE et LHCb au collisionneur LHC), dans des laboratoires américains (Fermilab, SLAC, Jefferson Lab), à DESY et plus récemment à Pékin et au Japon.

Le LNF a également été impliqué dans les expériences menées au Laboratoire national du Gran Sasso, notamment l'expérience OPERA, qui étudie l'oscillation des neutrinos d'un faisceau provenant du CERN.

La présence de services de soutien de haute technologie permet la conception et le développement de détecteurs destinés aux expériences locales et externes, par exemple l'antenne cryogénique Nautilus utilisée pour la recherche des ondes gravitationnelles.

De nouvelles lignes ont également été développées, en particulier l'installation expérimentale SPARC qui combine un faisceau d'électrons de haute luminance avec des impulsions laser ultra-rapides de haute intensité, consacrée à la recherche sur l'accélération laser-plasma et le laser à électrons libres.

Le laboratoire organise des visites pour les étudiants et le grand public, des séminaires, des congrès et des cours spécialisés.

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