Le CERN prévoit de construire un nouvel accélérateur d'une longueur de tunnel de 100 km

Source: M.Brice / CERN

Le CERN est l'organisation européenne pour la recherche nucléaire, qui est le plus grand laboratoire de physique des hautes énergies au monde. Il est situé à la frontière de la Suisse et de la France, près de Genève. C'est le CERN, avec ses partenaires, qui a construit le Grand collisionneur de hadrons. Le LHC a contribué à faire de nombreuses découvertes qui ont aidé les scientifiques à mieux comprendre la structure du micromonde et les lois qui règnent dans ce monde.

Le CERN a maintenant annoncé son intention de construire un nouvel accélérateur dont la taille sera cinq fois celle du LHC. Le tunnel aura une longueur de 100 kilomètres. Le nouveau système appelé Future Circular Collider (FCC) est appelé. L'autre jour, le CERN a publié le projet d'un nouveau projet, présenté en quatre volumes.

Le coût du nouvel accélérateur est estimé à 9 milliards de dollars, dont 5 milliards iront à la création d'un tunnel d'une longueur de 100 km. Les scientifiques prévoient d'atteindre des énergies de particules élémentaires de l'ordre de 100 téra-électron-volts. Initialement, les électrons et les positrons entreront en collision, mais ensuite le collisionneur sera modifié et reconfiguré en faisceaux proton-proton (ils travaillent avec eux dans le Grand collisionneur de hadrons).

Malgré le rapport détaillé et la préparation d'une base technique solide, la construction d'un nouveau collisionneur ne commencera pas avant 2040. Le texte du rapport a déjà été envoyé au European Physical Journal, la préimpression a été publiée sur le site officiel du CERN.

Il convient de noter que les résultats du LHC ont quelque peu surpris la communauté scientifique, car de nombreux experts s'attendaient à ce que lorsque l'énergie des particules atteindrait plusieurs téra-électrons-volts, de nouvelles particules apparaîtront dans l'accélérateur. Avant le LHC, il y avait de nombreux travaux dans lesquels l'apparition de diverses particules était prédite à des énergies de l'ordre ci-dessus. Mais en pratique, cela ne s'est pas produit - dans le LHC, l'énergie des collisions de particules atteint 13 téra-électrons-volts, mais il n'y a pas de nouvelles particules.

C'est pourquoi il a été décidé de construire un collisionneur encore plus puissant capable d'accélérer les particules élémentaires à des énergies de centaines de téra-électron-volts. Le projet Future Circular Collider (FCC) a été annoncé pour la première fois en 2014. Le CERN n'a ensuite publié que les premières touches du futur projet.

Maintenant que le projet est analysé de manière plus approfondie, les travaux préliminaires de conception et d'analyse ont duré plus de cinq ans. Le développement du «Future Ring Collider» a réuni 1 300 scientifiques de plus de 150 universités.



Quant au rapport, le premier volume est consacré aux questions de physique moderne du micromonde. Les compilateurs du volume parlent du potentiel de la FCC, des découvertes possibles qu'elle contribuera à faire. Par exemple, les scientifiques espèrent détecter des particules d'énergie sombre ainsi que des neutrinos massifs. Les physiciens espèrent également découvrir quelle est la structure du potentiel de Higgs, comment et pourquoi la masse du boson de Higgs apparaît. Le FCC étudiera le plasma quark-gluon et les transitions de phase dans la théorie des interactions électrofaibles. Peut-être que le collisionneur aidera à clarifier les paramètres des particules déjà détectées, y compris les bosons vectoriels, le boson de Higgs, le quark top.

Le deuxième volume est consacré à la structure et aux caractéristiques du collisionneur électron-positon. Il s'agit d'une conception technique du système lui-même. Les experts montrent de quels éléments l'accélérateur sera composé, y compris les détecteurs de particules, les inducteurs, les systèmes de sécurité, etc. Les développeurs prévoient d'amener l'énergie de collision aux paramètres de 90 à 365 gigaélectrons-volts. La luminosité dépassera 10 ³⁶ centimètres carrés inverses par seconde.

Le troisième volume révèle les détails de la modification du collisionneur lors de la transition vers des faisceaux proton-proton. Dans ce cas, l'énergie de collision atteindra 100 téra-électrons-volts avec une luminosité de 10 ³⁵ centimètres carrés inverses par seconde.

Le quatrième volume révèle les caractéristiques du fonctionnement du Grand collisionneur de hadrons de hautes énergies. Ce système est le précurseur de la FCC, qui s'appuie par ailleurs sur l'infrastructure existante du LHC. L'énergie de collision au collisionneur «intermédiaire» sera d'environ 27 téra-électrons-volts (deux fois plus que le LHC), mais beaucoup moins de ressources seront nécessaires pour la créer.

Maintenant que le LHC est en cours de modernisation, les travaux de conversion du collisionneur en un système plus puissant ont commencé l'année dernière. Jusqu'à présent, le LHC ne fonctionne pas, tous les travaux ont été suspendus. FCC prévoit de construire à côté du LHC, à proximité de Genève.