L'après LHC: un gigantesque collisionneur de 100 km à l'étude
Publié par Adrien le 20/01/2019 à 08:00
Source: CERN
La collaboration pour un futur collisionneur circulaire (FCC) a soumis pour publication son rapport préliminaire de conception (CDR), divisé en quatre volumes et présentant les différentes options possibles pour un futur grand collisionneur circulaire. Le rapport expose les remarquables perspectives pour la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) offertes par des machines d'une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et d'une intensité jamais atteintes jusqu'ici, et détaille les défis techniques, les coûts et les calendriers de réalisation d'un tel projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...).


Proposition d'emplacement du futur collisioneur circulaire (FCC) (Image: CERN)

Au cours des deux prochaines années, la communauté de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes énergies car de nombreuses...) mettra à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...) la stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) européenne pour la physique des particules, définissant les orientations de la discipline pour la période qui succédera à celle du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC). La feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges...) de route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) doit, en particulier, mener à des choix cruciaux en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) et de développement dans les prochaines années, en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.), à terme, de construire l'accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des vitesses...) qui succédera au LHC et qui sera en mesure d'élargir considérablement notre connaissance de la matière et de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Le rapport préliminaire de conception contribue à la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) de la stratégie européenne. La possibilité d'un futur collisionneur circulaire sera examinée au cours du processus de mise à jour (Une mise à jour, souvent abrégé en MAJ ou MàJ, est l'action qui consiste à mettre « à jour », ou bien « à niveau », un outil informatique, un service ou une prestation en...) de la stratégie, conjointement avec l'autre option de collisionneur post-LHC au CERN, à savoir le collisionneur linéaire CLIC.

L'étude FCC, lancée en 2014, fait directement suite à la précédente mise à jour de la stratégie européenne, approuvée en mai 2013, qui recommandait la réalisation d'études de conception et de faisabilité afin que l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des...) puisse "être en mesure de proposer un ambitieux projet d'accélérateur post-LHC au CERN d'ici à la prochaine mise à jour de la stratégie". Le Futur collisionneur circulaire réaliserait 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 préliminaire de conception du FCC est le résultat d'un travail remarquable. Il montre l'énorme potentiel du FCC pour améliorer notre connaissance de la physique fondamentale et pour faire progresser de nombreuses technologies ayant un large impact sur notre société, déclare Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN. Le FCC, qui suppose de formidables nouveaux défis, tirerait grandement avantage des compétences, du complexe d'accélérateurs et des infrastructures du CERN, qui ont été développés durant plus d'un demi-siècle."

La découverte du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout...) au LHC a ouvert une nouvelle voie à la recherche, dans la mesure où cette particule pourrait représenter une passerelle vers une nouvelle physique. La réalisation d'études détaillées de ses propriétés est par conséquent une priorité pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) futur accélérateur destiné à la physique des hautes énergies. Or les différentes options envisagées par l'étude FCC offrent des possibilités exceptionnelles à cet égard. Par ailleurs, pour répondre à des questions telles que la nature de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet...) ou la prépondérance de la matière sur l'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe « anti- » signifie que...), une physique au-delà du Modèle standard nous est nécessaire. Dans cette quête d'une nouvelle physique, essentielle pour notre compréhension de l'Univers, l'énorme potentiel de découverte que représente un futur collisionneur circulaire jouera un rôle crucial.

L'étude de conception du FCC a été un travail considérable, que seule une vaste collaboration internationale a permis de réaliser. Sur cinq années, et avec le vigoureux soutien de la Commission européenne dans le cadre du programme Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie,...) 2020, la collaboration FCC a mobilisé plus de 1 300 contributeurs de 150 universités, instituts de recherche et partenaires industriels, qui ont participé activement aux travaux de conception et de recherche et développement de nouvelles technologies afin de préparer le déploiement durable et l'exploitation efficace d'un possible futur collisionneur circulaire.

(Video: CERN)

"L'objectif ultime de l'étude FCC est de proposer un accélérateur de protons supraconducteur prenant la forme d'un anneau de 100 km de circonférence et capable de fournir une énergie allant jusqu'à 100 TeV, soit une puissance environ dix fois supérieure à celle du LHC, explique Frédérick Bordry, directeur des accélérateurs et de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) au CERN. Le calendrier envisagé pour le FCC prévoit de commencer avec une machine électron-positon - de même que le LEP avait précédé le LHC. Ce projet permettrait de mener un programme riche, qui mobiliserait la communauté de la physique des particules durant tout le XXIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et...)."

Le collisionneur de protons FCC, qui serait constitué d'aimants supraconducteurs à champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) élevé de nouvelle génération, offrirait une vaste gamme de nouvelles possibilités en matière de physique. Atteindre des énergies de 100 TeV, voire plus élevées, rendrait possibles des études de précision sur la manière dont une particule de Higgs interagit avec une autre particule de Higgs, ainsi qu'une exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) approfondie du rôle de la brisure de symétrie électrofaible dans l'histoire de notre Univers. Cela nous permettrait également d'accéder à des échelles d'énergie sans précédent et d'y chercher de nouvelles particules massives, ce qui ouvrirait de multiples perspectives pour de grandes découvertes. De plus, cette machine pourrait aussi faire entrer en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) des ions lourds ; avec un riche programme en physique des ions lourds, nous pourrions étudier l'état où se trouvait la matière dans l'Univers primordial.

"Les collisionneurs de protons ont été, pour des générations de scientifiques, un outil de prédilection pour l'exploration d'une nouvelle physique aux échelles les plus petites. Une grande machine à protons représenterait un bond en avant dans cette démarche, et il permettrait d'étendre de façon décisive le programme de physique au-delà des résultats produits par le LHC et par un éventuel collisionneur électron-positon", estime Eckhard Elsen, directeur de la recherche et de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que...) au CERN.

Une machine électron-positon d'une énergie de 90 à 365 GeV et présentant une luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) élevée pourrait constituer une première étape. Un tel collisionneur serait une "usine à Higgs" très puissante, ce qui rendrait possible la détection de processus rares ou nouveaux, et la mesure de particules connues à des niveaux de précision sans précédent. Avec ces mesures précises, nous disposerions d'une grande sensibilité pour détecter de possibles écarts minuscules par rapport aux prévisions du Modèle standard, ce qui constituerait un signe d'une nouvelle physique.

Le coût d'un grand collisionneur circulaire électron-positon serait de l'ordre de 9 milliards d'euros, dont 5 milliards d'euros qui seraient consacrés aux travaux de génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les ingénieurs civils s’occupent de la conception, de la réalisation, de l’exploitation et de...) nécessaires à l'excavation d'un tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont apparentés aux tunnels par leur mode de...) de 100 km. Ce collisionneur servirait la communauté de physique du monde (Le mot monde peut désigner :) entier pendant 15 à 20 ans. Le programme de physique pourrait commencer d'ici à 2040, au terme de l'exploitation du LHC à haute luminosité. Le coût estimé pour une machine supraconductrice qui occuperait ensuite le même tunnel et ferait entrer en collision des protons serait d'environ 15 milliards d'euros. Cette machine pourrait commencer à fonctionner à la fin des années 2050.

Les instruments complexes nécessaires à la physique des particules inspirent de nouveaux concepts, des innovations et des technologies d'avant-garde, qui profitent à d'autres disciplines de recherche et peuvent déboucher sur de nombreuses applications, lesquelles ont un impact considérable sur l'économie de la connaissance et la société. Un futur collisionneur circulaire offrirait à l'industrie des perspectives extraordinaires, en aidant à repousser encore plus loin les frontières de la technologie. Il ouvrirait également des perspectives de formation exceptionnelles pour une nouvelle génération de scientifiques et d'ingénieurs.
Page générée en 0.680 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique