Un flux d'électrons utilisé comme projectile dans des expériences de diffusion.Un faisceau d'électrons est un flux d'électrons se déplaçant dans une direction commune, généralement à grande vitesse. En physique, c'est un outil polyvalent pour sonder la matière : lorsque les électrons frappent une cible, leurs schémas de diffusion révèlent la structure interne des atomes, des noyaux et même des nucléons. Parce que les électrons sont chargés et légers, ils peuvent être focalisés et dirigés à l'aide de champs électriques et magnétiques, ce qui en fait des sondes précises. L'énergie, l'intensité et la focalisation du faisceau déterminent ce qu'il peut résoudre — de l'arrangement des atomes sur une surface à la distribution des quarks à l'intérieur d'un proton.
Le concept a émergé à la fin du XIXe siècle avec la découverte de l'électron par J.J. Thomson en 1897, qui a utilisé un faisceau d'électrons pour mesurer leur rapport charge/masse. Le premier microscope électronique pratique a été construit par Ernst Ruska en 1931.
Les électrons sont émis par une source (par exemple, un filament chauffé) et accélérés par un champ électrique. Des lentilles magnétiques et des bobines de déviation façonnent le faisceau en un flux étroit et contrôlé. Lorsque le faisceau frappe une cible, les électrons diffusent sur les champs électriques des constituants de la cible ; des détecteurs enregistrent les angles et les énergies des électrons diffusés. En comparant le schéma de diffusion aux modèles théoriques, les physiciens déduisent la structure de la cible. Dans les accélérateurs, le faisceau peut être stocké dans un anneau ou délivré par impulsions, avec ses propriétés ajustées pour des expériences spécifiques.
Les faisceaux d'électrons sont utilisés dans les microscopes électroniques, la lithographie des semi-conducteurs, et dans les accélérateurs de particules pour des expériences de diffusion qui sondent la physique nucléaire et des particules, comme le projet de spectromètre SoLID.
Dans un anneau de stockage, un faisceau d'électrons peut rester en circulation pendant des heures, parcourant une distance équivalente à plusieurs allers-retours vers le Soleil.
