Le CERN vient de dévoiler les plans d’un nouvel accélérateur de particules, et il est gigantesque !

nouvel accélérateur de particules

Certains des secrets les plus profonds de l’Univers sont enfermés si étroitement qu’il faut un tout nouveau type de cataclysme subatomique pour les libérer.

Pour déclencher ce genre de forces, les physiciens européens veulent construire un accélérateur de particules qui rivalisera avec tout ce que nous avons vu, un accélérateur qui fera passer le fameux Grand collisionneur de hadrons (LHC) de 27 kilomètres pour une expérience scientifique au lycée.

Les responsables de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) viennent de présenter les résultats d’une étude sur la conception et la construction de la technologie qui devrait ouvrir le prochain chapitre de la physique des particules.

Leur plan commence par un collisionneur circulaire de 100 kilomètres, coûtant environ 9 milliards d’euros.

Pour l’instant, on l’appelle tout simplement le Future Circular Collider, ou FCC. Une fois qu’il commencera réellement à chasser la nouvelle physique au cours des prochaines décennies, il pourrait avoir un nom différent.

Mais quoi qu’il en soit, cet accélérateur de nouvelle génération devrait nous aider à craquer la matière comme jamais auparavant.

L’actuel roi des collisionneurs du CERN, le LHC, fait partie d’un complexe d’accélérateurs de particules à la frontière franco-suisse, près de Genève.

Sa boucle d’aimants supraconducteurs propulse les flux opposés de protons vers une vitesse proche de celle de la lumière, fournissant chacun 6,5 téraélectronvolts d’énergie – assez pour condenser une variété de particules hors du carnage de leurs impacts.

Le plus célèbre d’entre eux était le boson de Higgs, une particule prédite dans les années 1960 comme responsable de la masse manquante, et finalement confirmé expérimentalement en 2012.

Sa découverte a complété l’ensemble des objets prédits qui constituent les éléments fondamentaux de la réalité, une théorie que nous appelons le Modèle standard.

Mais même avec le modèle confirmé, notre recherche de compréhension est loin d’être terminée. Il y a encore beaucoup de grandes questions sur lesquelles nous n’avons pas encore pris le dessus, et la technologie actuelle n’est tout simplement pas à la hauteur du défi de fournir les preuves dont nous avons besoin pour y répondre.

Pourquoi la gravité est-elle si faible par rapport aux autres forces ? D’où vient la minuscule masse du neutrino ? Pourquoi le boson de Higgs est-il si incroyablement léger ? Où est toute l’antimatière de l’Univers ? Et quelle est la vraie nature de ce que nous appelons la matière noire ?

Oubliez les impacts combinés de 13 TeV à l’intérieur du LHC. On espère que l’anneau de la FCC finira par réussir 100 TeV pour avoir écrasé des protons.

Pour la première étape, cependant, le CERN prévoit quelque chose de moins ambitieux : une machine qui entre en collision avec des électrons et leur homologue antimatière, les positrons.

C’est différent de ce que le LHC peut obtenir en écrasant ensemble des hadrons, qui ont plus de masse que les électrons ; la composition du hadron – trois quarks maintenus ensemble par des gluons – laisse aussi plus de dégâts à régler après la collision.

C’est drôle, les énergies utilisées dans la première phase du FCC ne seront même pas aussi élevées que celles du LHC, mais elles seront quand même plus élevées que tout ce qui a été réalisé auparavant pour ce type de particules. Assez pour donner naissance à des bosons de Higgs, et le résultat final sera beaucoup plus facile à analyser.

L’ajout à terme d’un accélérateur de protons de 100 kilomètres nécessitera toutefois un investissement supplémentaire de 15 milliards d’euros, de sorte qu’il sera opérationnel avant le milieu du siècle.

En attendant, la Chine a ses propres plans. Son Collisionneur électron-positron circulaire (CEPC) de 30 milliards de yuans (4,3 milliards de dollars US) pourrait être opérationnel dès les années 2030, donnant une longueur d’avance aux multiples collisions nécessaires pour amasser l’énorme banque de statistiques nécessaires pour trouver les défauts dans le Modèle Standard.

Le Japon pourrait également obtenir sa propre version d’un accélérateur générateur de Higgs, si le gouvernement peut être convaincu que l’investissement en vaut la peine.

Rien ne garantit non plus que le FCC verra le jour. Mis à part la particule de Higgs, le LHC n’a tout simplement pas répondu aux attentes, ne fournissant pas les signes d’une multitude de nouvelles particules comme les physiciens l’avaient espéré.

Convaincre les parties prenantes de soutenir ce cheval sera plus difficile que jamais, mais nous sommes impatients de commencer.

Lire aussi : Bientôt plus sensible, le LHC pourrait bouleverser la physique des particules

Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche

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