Le Future Circular Collider (FCC) du CERN, s’il est approuvé, sera le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules jamais construit, successeur du Large Hadron Collider (LHC) actuel. Son tunnel souterrain en forme d’anneau aura une circonférence de 90 km, où des énergies de collision de 100 téraélectronvolts (TeV) seront atteintes.
Illustration du tunnel qui abritera le Future Circular Collider (FCC) du CERN / Crédit: CERN
Le Future Circular Collider (FCC) du Centre européen de recherche nucléaire (CERN), s’il est approuvé, sera le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules jamais construit, mais aussi l’un des instruments scientifiques les plus coûteux, avec un coût estimé à 15 milliards d’euros. Actuellement en cours d’étude de faisabilité, le nouvel accélérateur, ou plutôt collisionneur de particules, deviendrait le successeur du Large Hadron Collider (LHC) actuel, le collisionneur qui a permis, entre autres, la découverte du boson de Higgs.
L’observation de cette particule élémentaire, théorisée par Peter Higgs en 1964 et découverte par le LHC en 2012, a posé de nouvelles questions sur plusieurs phénomènes et suggéré l’existence de possibles particules non prédites par le Modèle Standard, la théorie actuelle de la physique des particules, dont la détection nécessite des structures avec une énergie plus élevée que le LHC. Le Future Circular Collider, avec son tunnel souterrain en forme d’anneau de 90 km et une énergie de collision totale de 100 téraélectronvolts (TeV) – contre 27 km et 14 TeV pour le LHC – permettrait aux physiciens d’explorer complètement ce nouveau scénario, où pourrait résider l’explication de phénomènes qui ne peuvent être intégrés dans le Modèle Standard, tels que la matière noire, l’entité mystérieuse qui, avec l’énergie sombre, constitue 95 % de la masse et de l’énergie de l’Univers.
Qu’est-ce que le Future Circular Collider (FCC) du CERN?
Le Future Circular Collider (FCC) est un type d’accélérateur de particules (collisionneur) sélectionné parmi environ 100 variantes, actuellement en cours d’étude de faisabilité (qui devrait être terminée en 2025). S’il est approuvé, le FCC serait le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules jamais construit, avec un tunnel en forme d’anneau d’une circonférence de 90,7 km, situé à une profondeur moyenne de 200 mètres, où une énergie de collision totale de 100 téraélectronvolts (TeV) sera atteinte.
Le projet prévoit huit sites de surface pour des infrastructures techniques ou des expériences scientifiques – sept en France et un en Suisse, près de Genève – avec un maximum de quatre points d’intersection où les particules accélérées entreront en collision.
La posible posizione del Future Circular Collider (FCC): nella mappa sono indicati gli otto siti di superficie (sette in Francia e uno in Svizzera), che ospiteranno infrastrutture tecniche o esperimenti scientifici. PA a Ferney Voltaire, PB a Présinge/Choulex (Svizzera), PD a Nangy, PF a Etaux, PG a Charvonnex/Groisy, PH a Cercier, PJ a Vulbens/Dingy e PL a Challex. Credit: CERN
Selon les plans, une fois terminée l’étude de faisabilité, qui comprend l’évaluation des aspects techniques et financiers de la construction du FCC, y compris la faisabilité géologique, l’impact environnemental, la conception des infrastructures, ainsi que la recherche et le développement de technologies pour l’efficacité et la durabilité du collisionneur, la décision des États membres du CERN et des partenaires internationaux suivra, prévue d’ici 2028.
Si elle est approuvée, la construction du FCC devrait commencer après 2030 et être achevée d’ici 2045, pour un coût total de 15 milliards d’euros répartis sur une période d’au moins 15 ans, dont environ un tiers sera consacré à la réalisation du tunnel.
Comment fonctionnera le collisionneur de particules FCC
Le fonctionnement du FCC se déroulera en deux phases : initialement, le tunnel devrait accueillir le FCC-ee, un collisionneur d’électrons-positrons pour des mesures de précision qui, comme l’explique le CERN, « offrira un programme de recherche de 15 ans à partir du milieu des années 2040 » visant à effectuer de nouvelles études sur le boson de Higgs, à rechercher de nouvelles particules couplées au boson de Higgs et aux bosons électrofaibles, et à permettre des études approfondies sur la rupture de la symétrie électrofaible.
Par la suite, le même tunnel accueillerait un deuxième collisionneur, appelé FCC-hh, un collisionneur de hadrons, avec lequel les physiciens cherchent à atteindre une énergie de collision totale de 100 TeV, en faisant également entrer en collision des protons et des ions lourds. Une plus grande énergie de collision étendrait le champ de recherche aux particules non prédites par le Modèle Standard, mais proposées par diverses autres théories pour expliquer des phénomènes tels que la matière noire et l’expansion de l’Univers.
Le FCC-hh devrait offrir un programme de recherche d’environ 25 ans à partir de 2070 et pourrait notamment tirer parti des résultats obtenus par une autre expérience du CERN, appelée SHiP (Search for Hidden Particles), un autre type d’accélérateur de particules (synchrotron) circulaire et cyclique récemment approuvé, qui se chargera de rechercher les « particules cachées », c’est-à-dire celles qui interagissent très faiblement avec la matière que nous connaissons, y compris les particules hypothétiques de matière noire.