Le CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, veut construire un collisionneur de particules qui éclipsera le grand collisionneur de hadrons (LHC). Le LHC a fait d'importantes découvertes et des mises à niveau prévues de sa puissance lui permettront de continuer à travailler sur les problèmes de physique à l'avenir. Mais finalement, cela ne suffira pas pour percer les secrets de la physique. Finalement, nous aurons besoin de quelque chose de plus grand et de plus puissant.
Entrez dans le futur collisionneur circulaire (FCC). La FCC dépassera le LHC en puissance d'un ordre de grandeur. Le 15 janvier, la collaboration de la FCC a publié son rapport de conception (CDR) qui présente les options pour le futur collisionneur circulaire du CERN.
Le FCC fait partie de la feuille de route du CERN pour leur avenir. En 2014, le CERN a commencé à étudier le concept FCC en préparation à la vie après le LHC. Le LHC ne va nulle part de sitôt, en fait, il est en cours de mise à niveau en ce moment. Mais il y a une limite à ce qu'il peut faire et une limite à sa puissance. Finalement, il faudra un successeur.
"Le FCC fournirait des collisions électron-positon, proton-proton et ion-ion à des énergies et des intensités sans précédent ..."
Communiqué de presse du CERN, 15 janvier 2019.
À l'heure actuelle, ce rapport concerne la stratégie et le processus. Selon un communiqué de presse du CERN, l'Europe devrait «être en mesure de proposer un ambitieux projet d'accélérateur post-LHC au CERN au moment de la prochaine mise à jour de la stratégie». Il indique également: «Le FCC fournirait des collisions électron-positon, proton-proton et ion-ion à des énergies et des intensités sans précédent, avec la possibilité de collisions électron-proton et électron-ion.»
«Le rapport de conception conceptuelle de FAC est une réalisation remarquable. Cela montre l'énorme potentiel de la FCC pour améliorer nos connaissances en physique fondamentale et faire progresser de nombreuses technologies ayant un large impact sur la société », a déclaré la Directrice générale du CERN, Fabiola Gianotti. «Tout en présentant de nouveaux défis de taille, le FCC bénéficierait grandement de l'expertise, du complexe d'accélérateurs et des infrastructures du CERN, qui ont été développés pendant plus d'un demi-siècle.»
L'annonce porte sur la découverte du Higgs-Boson au LHC. Ce fut une découverte remarquable, et qui a été prédit depuis longtemps par la théorie. Mais il y a beaucoup de choses que nous ignorons encore sur le Higgs-Boson, et comprendre qu'il faudra un collisionneur de particules plus puissant que le LHC. Les physiciens pensent que le Higgs-Boson pourrait ouvrir une toute nouvelle porte à la physique, mais pour ouvrir cette porte, il faut un collisionneur de particules plus puissant.
Le collisionneur de protons FCC utiliserait des aimants supraconducteurs de nouvelle génération et offrirait de nombreuses nouvelles opportunités pour étudier la physique. Il est conçu pour fonctionner à des énergies de 100 TeV et plus, ce qui signifie qu'il permettrait l'étude des particules de Higgs interagissant les unes avec les autres avec une précision extrême.
Le nouveau collisionneur de particules utilisera également son pouvoir pour sonder la matière noire, pour essayer de comprendre la prévalence de la matière par rapport à l'antimatière et pour expliquer les masses de neutrinos.
Il pourrait même trouver de nouvelles particules massives, et permettrait une exploration approfondie du rôle de la rupture de symétrie électro-faible dans l'histoire de notre univers. Le FCC heurterait également des ions lourds, soutenant un riche programme de physique des ions lourds pour étudier l'état de la matière dans l'univers primitif.
S'il était construit, le FCC serait au même endroit que le LHC, le bassin de Genève. Le nouveau collisionneur de particules aurait un diamètre compris entre 80 et 100 km (50 et 62 miles).
«L'objectif ultime de la FCC est de fournir un anneau accélérateur supraconducteur à protons de 100 kilomètres, avec une énergie allant jusqu'à 100 TeV, ce qui signifie un ordre de grandeur plus puissant que le LHC», a déclaré la directrice des accélérateurs et de la technologie du CERN, Frédérick Bordry. «La chronologie de la FCC prévoit de commencer avec une machine électron-positon, tout comme le LEP a précédé le LHC. Cela permettrait à un riche programme de bénéficier à la communauté de la physique des particules tout au long du XXIe siècle. »
«Les collisionneurs de protons ont été l'outil de choix pendant des générations pour explorer une nouvelle physique à la plus petite échelle. Un grand collisionneur de protons représenterait un bond en avant dans cette exploration et étendrait de manière décisive le programme de physique au-delà des résultats fournis par le LHC et un éventuel collisionneur électron-positon. » a déclaré le directeur de la recherche et de l'informatique du CERN, Eckhard Elsen.
Le nouveau collisionneur de particules serait un énorme projet d'ingénierie. Le coût prévu est de l'ordre de 9 milliards d'euros pour un tunnel de 100 km. Si tout se déroule comme prévu, il entamerait son programme de physique en 2040, juste à la fin du LHC à haute luminosité. Au début, le collisionneur de particules fonctionnerait comme un collisionneur électron-positon et servirait la communauté de la physique pendant 15 à 20 ans. Ensuite, il serait transformé en machine à protons supraconducteurs, utilisant le même tunnel, à la fin des années 2050. Cela coûterait 15 milliards d'euros supplémentaires.
Une fois construit, le nouveau collisionneur de particules deviendra le centre mondial de la recherche en physique des particules, tout comme le LHC. Ce sera un moteur pour l'innovation en ingénierie, technologie, science et industrie. Il formera également la prochaine génération de physiciens et de chercheurs.
Sources:
- Communiqué de presse: Une collaboration internationale publie le concept d'un futur collisionneur circulaire post-LHC au CERN
- CERN: LHC haute luminosité
- CERN: Future étude sur les collisionneurs circulaires
