7 février 2024
4 lecture min.
Une étude de faisabilité sur le futur collisionneur circulaire du CERN identifie où et comment la machine pourrait être construite, mais sa construction est loin d’être assurée
Le futur collisionneur circulaire proposé, ou FCC (grand cercle, contour en pointillés), serait construit à proximité de son prédécesseur au CERN, le Large Hadron Collider (petit cercle).
L’Europe va de l’avant avec ses projets de construction d’un supercollisionneur de 91 kilomètres de long et d’un coût de 15 milliards de francs suisses (17 milliards de dollars) sous les campagnes françaises et suisses. La machine permettrait aux chercheurs d’étudier le boson de Higgs en détail. Mais les scientifiques sont sous pression pour convaincre les bailleurs de fonds qu’un investissement aussi énorme en vaut la peine, suite à l’absence de nouvelle physique révélée par le Grand collisionneur de hadrons (LHC).
Les détails du plan du CERN ont émergé d’un rapport à mi-parcours étudiant la faisabilité du futur collisionneur circulaire (FCC), qui éclipserait son prédécesseur, le LHC de 27 kilomètres du CERN, le laboratoire européen de physique des particules près de Genève, en Suisse.
La première phase de l’étude, qui visait à identifier où et comment une telle machine pourrait être construite dans la région du CERN, n’a révélé « aucun obstacle technique ou scientifique » qui empêcherait sa construction, a déclaré Eliezer Rabinovici, président du Conseil du CERN. l’instance dirigeante de l’organisation, lors d’un point de presse le 5 février.
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La construction de la machine, qui nécessitera le forage d’un tunnel circulaire à environ 200 mètres sous terre, pourrait commencer dès 2033. Le tunnel de 91 kilomètres de long, qui, selon la conception, devrait être interrompu par quatre halls d’expérimentation, encerclerait une zone plus grande que Chicago dans l’Illinois. Le conseil a examiné le rapport le 2 février, mais le document lui-même n’a pas été rendu public. L’étude complète sera publiée l’année prochaine, avec une décision de poursuivre ou non le projet attendue avant 2028.
L’ancien directeur général du CERN, Chris Llewellyn Smith, se dit perplexe face à la décision de ne pas publier le rapport à mi-parcours, mais il pense que le CERN est sur la bonne voie, « sans aucun doute ».
« De nombreux détails ont été complétés », mais le concept global est resté cohérent, ce qui est « très rassurant », ajoute Llewellyn Smith, physicien à l’Université d’Oxford, au Royaume-Uni.
Particules fracassantes
La machine prévue entrerait en collision des électrons avec leurs partenaires antimatière, les positrons, à partir de 2045 environ, dans le but de générer et d’étudier en détail environ un million de bosons de Higgs. De nombreux physiciens pensent que l’étude de la particule, découverte en 2012 et interagissant comme aucune autre, représente la plus grande chance de la physique de trouver des fissures dans le modèle standard, un modèle extrêmement réussi mais incomplet de particules et de forces.
Les physiciens ont demandé une étude sur la faisabilité du FCC en 2020 dans le cadre d’un exercice de priorisation connu sous le nom de Stratégie européenne pour la physique des particules. Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN, a déclaré aux journalistes que la stratégie considérait la FCC comme « l’instrument scientifique le plus convaincant » parmi ceux qu’elle envisageait.
La construction de la FCC est loin d’être une affaire accomplie. Une grande partie du prix de 15 milliards de francs suisses sera couverte par le budget existant du CERN, a ajouté Gianotti. Mais le projet nécessitera toujours des contributions financières de la part des pays européens membres à part entière du CERN, ainsi que d’autres pays comme les États-Unis et le Japon. Le briefing n’a fourni aucune information sur ce que pourraient être ces coûts. « Ils semblaient esquiver de donner des chiffres précis, comme le coût, et ce qui pourrait être partagé par les États non membres », explique Michael Riordan, un historien de la physique basé à Eastsound, dans l’État de Washington.
Plus de méga-collisionneurs
Pendant ce temps, d’autres Des projets d’« usine Higgs » sont en préparation dans le monde entier. Le gouvernement japonais a manifesté son intérêt pour l’accueil du collisionneur linéaire international, prévu depuis longtemps, tandis que la Chine conçoit une machine en forme d’anneau appelée collisionneur circulaire électron-positon. Gianotti a déclaré que la Stratégie européenne pour la physique des particules avait révélé que le FCC avait un potentiel physique plus grand qu’un collisionneur linéaire, car il pouvait produire des bosons de Higgs à un rythme plus élevé et parce que les mêmes tunnels pourraient ensuite être utilisés pour une machine à énergie beaucoup plus élevée qui entre en collision des protons.
Tout le monde dans la communauté de la physique des particules n’est pas favorable à la machine proposée par le CERN. Donatella Lucchesi, physicienne des particules à l’Université de Padoue en Italie, n’est pas d’accord avec l’accent mis par l’organisation sur le FCC. « Je ne pense pas que ce soit bon pour notre communauté, pour des raisons scientifiques et autres. » Lucchesi fait partie d’une équipe qui étudie une technologie alternative pour les futurs collisionneurs basée sur la collision de faisceaux de muons au lieu d’électrons ou de protons.
Gianotti a déclaré que la construction du FCC n’empêcherait pas le CERN de contribuer à un collisionneur de muons, une installation qu’un groupe influent de scientifiques américains a déclaré en décembre. devrait être exploré. Les muons sont beaucoup plus massifs que les électrons, ce qui permet des collisions à plus haute énergie. Mais personne ne sait encore si la construction d’un collisionneur de muons est possible. « Bien sûr, nous allons désormais travailler avec nos collègues américains s’ils envisagent de construire un nouveau collisionneur aux Etats-Unis, mais c’est sur un calendrier totalement différent de celui de la FCC », a-t-elle déclaré.
Certains scientifiques affirment que le coût de construction de tels méga-collisionneurs dépasse leurs avantages, en particulier lorsque la théorie ne donne aucune indication claire sur ce qui pourrait être découvert. « Il est vrai qu’à l’heure actuelle, nous n’avons pas de directives théoriques claires sur ce que nous devrions rechercher », a déclaré Gianotti, mais elle a ajouté que c’était un argument en faveur de la construction d’une nouvelle machine. « Les instruments nous permettront de faire un grand pas en avant vers la résolution de la question, en nous indiquant également quelles sont les bonnes questions », a-t-elle déclaré.
Cet article est reproduit avec autorisation et a été première publication le 6 février 2024.
