Un groupe d'électrons accélérés ensemble dans un accélérateur de particules, souvent mis en forme à des fins spécifiques.Un paquet d'électrons est un groupe d'électrons qui se déplacent ensemble dans un accélérateur de particules, souvent comprimé ou mis en forme pour servir un objectif expérimental spécifique. Dans les accélérateurs modernes, les électrons sont rarement utilisés un par un ; ils sont plutôt regroupés en paquets contenant des millions à des milliards de particules, se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. La forme, la longueur et la densité de charge d'un paquet déterminent la manière dont il interagit avec les champs électromagnétiques, avec d'autres particules et avec la structure de l'accélérateur lui-même.
Le concept de regroupement des électrons en paquets est apparu dans les années 1920-1940 avec le développement de l'électronique hyperfréquence et des premiers accélérateurs, notamment grâce aux travaux sur les klystrons et les synchrotrons. Le terme « paquet » est devenu standard en physique des accélérateurs au milieu du XXe siècle.
Les électrons sont émis par une source (comme une cathode chauffée ou une photocathode pilotée par laser), puis accélérés par des cavités radiofréquence qui fournissent des champs électriques alternatifs. La synchronisation de ces champs regroupe naturellement les électrons en paquets discrets, chacun mesurant typiquement de quelques millimètres à quelques centimètres de long. Une fois formé, le paquet peut être manipulé : des aimants le compriment ou l'étirent, et des structures spécialisées peuvent façonner son profil de courant. La charge d'espace du paquet (répulsion mutuelle) et les champs de sillage (champs qu'il induit dans l'accélérateur) doivent être soigneusement gérés pour éviter sa dégradation.
Les paquets d'électrons sont le milieu de travail dans les sources de lumière synchrotron, les lasers à électrons libres et les collisionneurs linéaires, où leur mise en forme précise permet la génération de rayons X, des collisions à haute énergie et l'accélération par champ de sillage dans un plasma.
Dans les accélérateurs à champ de sillage dans un plasma, un seul paquet d'électrons peut générer des champs électriques des milliers de fois plus intenses que ceux des cavités radiofréquence conventionnelles, accélérant des particules suiveuses sur des distances de quelques mètres seulement.
