Pourquoi le CERN veut construire un nouvel accélérateur de particules énorme de 14 milliards d’euros

Perché il CERN vuole costruire un nuovo, enorme acceleratore di particelle da 14 miliardi di Euro

Les scientifiques du CERN sont en train de concevoir le Future Circular Collider (FCC), le successeur du LHC qui a permis de découvrir le boson de Higgs. Il s’agit d’un gigantesque et puissant collisionneur de particules de plus de 90 km de long. Le coût initial prévu est de 14 milliards d’euros. Voici à quoi il devrait servir.

Crédit : CERN

Crédit : CERN

Le Large Hadron Collider (LHC), l’accélérateur de particules du Centre européen de recherche nucléaire (CERN) de Genève, est une machine extraordinaire qui a permis des avancées significatives dans la physique des particules et la compréhension de l’univers, notamment grâce à la découverte du boson de Higgs en 2012. Selon les experts du CERN, cet énorme accélérateur de particules circulaire, long de 27 kilomètres et construit à 100 mètres de profondeur, n’est cependant pas suffisant pour répondre à d’autres questions fondamentales de la physique, notamment l’explication de l’énergie sombre et de la matière sombre, qui représentent à elles seules 95 % de l’univers. Cela indique que nous comprenons très peu le fonctionnement réel du cosmos. Pour combler ces lacunes, le successeur du LHC, le Future Circular Collider (FCC), est en cours de conception. Il s’agit d’une machine encore plus grande et plus puissante, qui pourrait – conditionnel obligatoire – aider les experts à répondre à ces questions encore sans réponse.

Comme l’a déclaré Fabiola Gianotti, physicienne romaine qui dirige le CERN depuis 2016, à la BBC, si le FCC était approuvé, ce serait une « machine extraordinaire ». « C’est un outil qui permettra à l’humanité de faire d’énormes progrès dans la compréhension fondamentale de l’univers. Et pour cela, nous avons besoin d’un outil plus puissant pour aborder ces questions », a déclaré la scientifique italienne. Le projet est en discussion depuis 2013 et au fil des années, plusieurs documents ont été publiés sur la faisabilité, les technologies à utiliser, les infrastructures, les coûts et bien sûr les objectifs ambitieux. En termes de taille et de puissance, le FCC devrait être presque quatre fois plus grand – la longueur estimée est de plus de 90 kilomètres – et permettre l’accélération des particules jusqu’à des énergies de collision de 100 TeV, comme expliqué dans un communiqué du CERN. Sachant que le LHC n’a jamais dépassé les 8 TeV, ce serait une augmentation de la puissance de plus de 10 fois. Selon les experts, cela ouvrirait des perspectives jamais vues auparavant dans l’étude de la physique des particules.

Tout d’abord, cela permettrait d’étudier plus en détail le boson de Higgs, une particule élémentaire – surnommée à tort la « particule de Dieu » – qui confère une masse aux autres particules du modèle standard grâce au champ de Higgs. Sa découverte en 2012 grâce au LHC a permis de boucler le cercle du modèle standard, la théorie physique qui, en termes très simples, explique les interactions entre les particules élémentaires. Mais ce modèle ne décrit que 5% de l’univers : il manque l’énergie sombre et la matière sombre, deux composantes qui ne peuvent être mesurées mais dont la présence peut être déduite. À partir des effets gravitationnels pour la matière sombre (qui représente 27% de l’univers) et de l’accélération de l’expansion de l’univers pour l’énergie sombre, qui en représente 69%. Actuellement, grâce aux trois super-collisionneurs qui feront partie du FCC et qui seront capables de faire entrer en collision des électrons, des ions et d’autres particules à des énergies extrêmement élevées, les chercheurs estiment qu’il sera enfin possible de répondre aux grandes questions non résolues de la physique.

Cependant, tous les scientifiques ne sont pas d’accord sur la possibilité d’atteindre ce résultat, qui était déjà envisagé il y a deux décennies avec le LHC. Ce qui ne convainc pas non plus, c’est le montant (colossal) nécessaire pour construire le FCC, environ 14 milliards d’euros pour la phase initiale du projet, qui devraient être financés par tous les pays membres du CERN. Le professeur Sir David King a déclaré à la BBC News que dépenser 12 milliards de livres sterling pour le FCC serait « insensé », compte tenu des problèmes auxquels le monde est confronté en raison de la crise climatique. « Ne serait-il pas plus sage de consacrer ces fonds à la recherche pour créer un avenir gérable ? », a déclaré l’expert, qui a également été conseiller scientifique du gouvernement. De plus, selon le professeur Aidan Robson de l’Université de Glasgow, le super-accélérateur ne devrait pas être construit en anneau comme le LHC, mais rectiligne et plus court, ce qui réduirait les coûts et permettrait d’atteindre des vitesses supérieures, selon l’expert.

Il est clair que si les scientifiques du CERN ont décidé de miser sur un énorme accélérateur circulaire de plus de 90 kilomètres de long, à construire encore plus en profondeur que le LHC, il y a toutes les raisons et les bases scientifiques pour emprunter cette voie. Le projet devra bien sûr être approuvé par les institutions européennes, mais l’espoir de pouvoir apporter des réponses à des aspects aussi importants de la compréhension de l’univers constitue certainement un incitant significatif pour donner le feu vert. Le FCC devrait être opérationnel vers 2040, s’il est approuvé, mais on estime qu’il ne sera pleinement opérationnel que quelques décennies plus tard. Il suffit de savoir que certaines des expériences envisagées nécessitent des aimants si puissants qu’ils n’ont pas encore été réalisés.