Une ligue internationale de scientifiques lance le processus de plusieurs décennies de développement du successeur du grand collisionneur de hadrons, le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde.

Plus de 500 scientifiques réunis à Berlin, Allemagne, du 29 mai au 2 juin pour discuter de l'avenir de la physique des particules. L'événement était organisé par la Future Circular Collider (FCC) Study, une collaboration internationale de physiciens, et concentré sur le développement du prochain grand collisionneur de hadrons (LHC), qui sera sept fois plus puissant.

Hébergé par le CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, le LHC est à la pointe de la recherche sur les particules et accélère des faisceaux de particules de haute énergie autour d'un tunnel en boucle de 27 kilomètres. Il entre en collision avec ces particules pour libérer des niveaux extrêmes d'énergie, et ce faisant, cherche à révéler les éléments constitutifs insaisissables de l'univers.

En 2012, le LHC a confirmé l'existence du boson de Higgs, la dernière particule élémentaire invisible dans le modèle standard de la physique, celui qui donne de la masse à toute la matière de notre univers. Mais trouver le boson de Higgs a fini par laisser les physiciens avec plus de questions que de réponses.

EuroCirCol, une étude de quatre ans financée par l'Europe, étudie maintenant les futures expériences et la technologie nécessaire pour y parvenir. Le projet jette les bases d'un accélérateur de particules trois fois plus grand que le LHC, avec des aimants à double force permettant aux chercheurs de briser des faisceaux de particules avec une puissance allant jusqu'à 100 téra d'électrons-volts, une accélération de particules à peu près équivalente à 10 millions de coups de foudre.

Selon le professeur Michael Benedikt, chef de la FCC, ce saut d'énergie pourrait nous permettre de repérer des particules auparavant non observées encore plus lourdes que le boson de Higgs, qui donnerait un aperçu plus profond des lois qui régissent l'univers.

« Quand vous examinez des choses comme le mouvement des galaxies, nous voyons que nous ne pouvons comprendre et expliquer qu'environ 5 % de ce que nous observons, " dit le professeur Benedikt, qui est également le coordinateur du projet d'EuroCirCol.

"Mais avec des questions comme le soi-disant problème de la matière noire, ce qui est lié au fait que les galaxies et les étoiles ne bougent pas comme on pourrait s'y attendre, la seule explication que nous ayons est qu'il doit y avoir une matière que nous ne voyons pas qui déforme le mouvement en conséquence."

Une autre question qui se pose inévitablement est de savoir pourquoi un nouveau collisionneur est nécessaire lors de la construction du LHC, la plus grande installation scientifique au monde, n'a été achevé qu'en 2008 et a coûté environ 4 milliards d'euros.

Pour un début, le LHC ne reste pas inactif. Il chasse d'autres particules et signatures de la physique jusqu'au milieu des années 2020, après quoi il devrait être mis à niveau pendant dix ans avec un taux de collisions de particules accru.

Et le fait que le LHC ait officiellement pris près de 30 ans pour créer, de la planification initiale à l'actionnement du commutateur, signifie que les chercheurs doivent déjà commencer à tracer pour son successeur.

Professeur Carsten P. Welsch, directeur de physique à l'Université de Liverpool, dit que l'humanité voulant comprendre les principes sous-jacents de la nature n'est pas le seul moteur derrière une telle science.

"La beauté de la physique est que nous avons ces deux volets, " a déclaré le professeur Welsch, qui est également le coordinateur des communications pour EuroCirCol. "D'une part, il pose ces questions très fondamentales, mais d'autre part, sans oublier qu'il y a presque toujours un lien direct avec des applications qui profitent immédiatement à la société."

Tim Berners-Lee, un scientifique britannique au CERN, a inventé le World Wide Web en 1989, mais le LHC a également conduit à d'autres percées telles que les thérapies hadroniques pour le traitement du cancer et les progrès de l'imagerie médicale.

Selon le professeur Welsch, le prochain LHC pourrait conduire à des matériaux plus résistants aux radiations qui peuvent transporter une plus grande puissance, applicable aux futurs réacteurs nucléaires et réseaux électriques.

"De même, les aimants à champ élevé trouveront des applications directes dans les hôpitaux où des technologies telles que l'IRM peuvent améliorer leurs résolutions avec des intensités de champ magnétique accrues."

Physique du futur

Le professeur Benedikt est convaincu que les concepts de conception de l'accélérateur « conduiront aux performances que nous voulons et dont nous avons besoin ». Un prototype du système de vide à faisceau cryogénique avancé requis pour le FCC est déjà testé en Allemagne, mais quel que soit le concept final, Le professeur Benedikt affirme que 2018 façonnera les exigences techniques et alimentera l'étude de la FCC pour lancer les préparatifs.

L'exploit formidable de créer le prochain LHC exigerait une coopération mondiale, des financements lourds et des chercheurs toujours actifs depuis 20 ans, à ce moment-là, le professeur Welsch estime qu'il aura pris sa retraite.

C'est pourquoi il dit qu'une grande partie de l'événement FCC est dédiée à la sensibilisation; séduire les écoles et le public avec le football proton, un tunnel LHC interactif, et les accélérateurs de réalité augmentée.

Selon le professeur Welsch, ce dernier permet à quiconque de créer son propre accélérateur de particules virtuel à l'aide d'une application pour smartphone qui transforme des cubes de papier imprimés avec des codes QR en composants de haute technologie.

"J'ai mis une boîte en papier sur la table, la caméra et l'application le voient comme une source de particules ioniques posée sur ma table de bureau, similaire à Pokémon Go, et ici, je peux voir des particules voler partout sur mon bureau. Ajout d'une deuxième boîte, Je peux voir comment un aimant plie mes particules et ainsi de suite."

Il dit qu'une telle sensibilisation est vitale non seulement pour amener les prochaines générations à la science, mais aussi pour s'assurer que tout le monde peut toujours se connecter et se passionner pour des recherches plus spécialisées.

"Nous avons eu des enfants de sept ans, qui, lorsqu'on leur demande ce qu'ils font, disent à leurs mères qu'elles détournent les particules chargées à l'aide d'aimants dipolaires. »