Un nouveau Chapitre pour la Physique des Particules

Le grand collisionneur de hadrons (LHC), situé à l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) à la frontière franco-suisse, a révolutionné la physique. De la découverte du boson de Higgs à la détection de particules exotiques, le LHC a ouvert des portes vers de nouvelles forces de la nature. Mais les physiciens regardent déjà vers l’avenir.

Le projet phare pour succéder au LHC est le futur collisionneur circulaire (FCC), une machine colossale dont la construction et l’exploitation s’étaleraient sur 70 ans. Trois fois plus grand que le LHC,le FCC promet de percer les mystères de l’univers et d’en révéler de nouveaux.

Le FCC : Comment ça Marche ?

Le LHC,avec son tunnel circulaire de 27 kilomètres,est actuellement la plus grande machine du monde.Le FCC s’installerait dans un tunnel de 91 km dans le bassin genevois, entre le Jura et les Alpes.

La première phase du FCC consisterait à construire et à exploiter un collisionneur d’électrons (les particules légères qui forment la couche externe des atomes) et de positrons (les antiparticules des électrons). Ce collisionneur permettrait des mesures plus précises du boson de Higgs.

La deuxième phase impliquerait un collisionneur de protons (les particules plus lourdes présentes dans le noyau des atomes).Bien que le LHC collisionne déjà des protons, le FCC les accélérerait à plus de sept fois son énergie actuelle.

Cette augmentation de l’énergie de collision permettrait de découvrir des particules jamais produites par l’humanité. Cela pose également des défis techniques, comme le développement d’aimants supraconducteurs à haute puissance.

Les Questions Sans Réponses

La découverte du boson de Higgs par le LHC a été une victoire majeure pour le modèle standard, la théorie qui explique toutes les particules fondamentales de l’univers et leurs interactions. Cependant, le modèle standard présente des lacunes et laisse des questions cruciales sans réponse.

Le FCC ambitionne de répondre à certaines de ces questions. Par exemple, bien que le champ de Higgs explique la masse des particules lourdes, un mécanisme différent pourrait être à l’œuvre pour les particules plus légères.

De plus, les scientifiques cherchent à déterminer si le champ de Higgs donne une masse au boson de Higgs lui-même. Pour répondre à ces questions, les énergies élevées que le FCC fournira seront nécessaires.

Le FCC permettra également d’observer de plus près les interactions des quarks très lourds (les constituants des protons et autres particules). cela pourrait éclairer la question de l’asymétrie matière-antimatière dans l’univers.

La nouvelle machine aidera également à rechercher des particules qui pourraient constituer la matière noire, une substance mystérieuse qui semble imprégner l’univers.

Bien sûr, il n’y a aucune garantie que le FCC apportera les réponses à ces questions. C’est la nature de la recherche scientifique : le voyage est connu,mais pas la destination.

La Concurrence Internationale

Le FCC n’est pas le seul projet de physique des particules à l’étude. Un collisionneur linéaire de 20 kilomètres, appelé collisionneur linéaire international, a également été proposé, probablement au Japon.

Les États-Unis ont plusieurs projets en cours, principalement des détecteurs de divers types. Ils soutiennent également une usine à Higgs extraterritoriale, située en Europe ou au Japon.

Un projet qui pourrait inquiéter les partisans du FCC est le collisionneur circulaire d’électrons et de positrons chinois (CEPC), long de 100 kilomètres, qui présente des similitudes importantes avec le FCC. Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN, a déclaré que si un nouveau collisionneur de particules n’était pas approuvé, l’Europe pourrait perdre son leadership en physique fondamentale au profit de la Chine.

Un Investissement Colossal

La décision concernant le FCC ne sera pas prise à la légère, compte tenu de son coût élevé. Le CERN estime que la première phase coûtera 15 milliards de francs suisses (environ 16 milliards d’euros), répartis sur 12 ans. un tiers de ce coût correspond à la construction du tunnel.

ce montant a suscité des critiques. Cependant, un porte-parole du CERN a déclaré à l’Agence France-Presse que jusqu’à 80 % du coût serait couvert par le budget annuel actuel de l’organisation.

La deuxième phase du FCC, qui réutiliserait le tunnel de 91 km ainsi qu’une partie de l’infrastructure existante du LHC, a actuellement un coût estimé à 19 milliards de francs suisses (20 milliards d’euros). Ce coût comporte une grande incertitude, car la deuxième étape ne serait pas mise en service avant 2070 au plus tôt.

Des Retombées au-delà de la Science

Les avancées scientifiques ne sont pas les seuls fruits du LHC.Il a également eu de nombreux avantages technologiques pratiques, de la technologie médicale au logiciel libre.

Au cours des 70 dernières années, le CERN a servi de modèle de collaboration internationale efficace. Au-delà de son incroyable production scientifique, il a également produit d’importantes avancées en ingénierie qui ont profité à la société. La construction du FCC sera un investissement à la fois dans la technologie et dans les réponses aux grandes questions issues de la curiosité humaine.