Le CERN fait des efforts audacieux pour construire un super-collisionneur de 21 milliards d'euros

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Le Future Circular Collider (FCC) est un accélérateur de particules proposé qui suivrait le Large Hadron Collider au CERN.Crédit: Polar Media

Le CERN a franchi une étape importante vers la construction d'un super-collisionneur circulaire de 100 kilomètres pour repousser les frontières de la physique des hautes énergies.

Cette décision a été approuvée à l'unanimité par le Conseil du CERN le 19 juin, après l'approbation du plan par un groupe d'experts indépendant en mars. La principale organisation européenne de physique des particules aura besoin d'une aide mondiale pour financer le projet, qui devrait coûter au moins 21 milliards d'euros et qui ferait suite au célèbre grand collisionneur de hadrons du laboratoire. La nouvelle machine heurterait les électrons avec leurs partenaires d'antimatière, les positrons, d'ici le milieu du siècle. La conception – qui sera construite dans un tunnel souterrain près de l'emplacement du CERN à Genève, en Suisse – permettra aux physiciens d'étudier les propriétés du boson de Higgs et, plus tard, d'héberger une machine encore plus puissante qui entrera en collision avec des protons et durera longtemps dans la seconde moitié du siècle.

L'approbation n'est pas encore un feu vert définitif. Mais cela signifie que le CERN peut désormais consacrer des efforts substantiels à la conception d'un collisionneur et à la recherche de sa faisabilité, tout en poussant aux efforts de recherche et de développement en vue de conceptions alternatives pour les suivis du LHC, comme un collisionneur linéaire életron-positron ou un accélérateur de muons. . "Je pense que c'est une journée historique pour le CERN et la physique des particules, en Europe et au-delà", a déclaré la directrice générale du CERN, Fabiola Gianotti, au Conseil après le vote.

C'est «clairement un point de branchement» pour le laboratoire, explique l'ancien directeur général du CERN, Chris Llewellyn-Smith. Jusqu'à aujourd'hui, pour un collisionneur de la prochaine génération, mais le Conseil du CERN a maintenant fait une déclaration unanime et sans ambiguïté. "Il s'agit d'une étape majeure, pour amener les pays d'Europe à dire" Oui, c'est ce que nous aimerions voir se produire "", a déclaré Llewellyn-Smith, physicien à l'Université d'Oxford, au Royaume-Uni.

Deux étapes

La décision est prise dans une mise à jour de la stratégie européenne pour la physique des particules. Il décrit deux étapes de développement. Premièrement, le CERN construirait un collisionneur électron-positon avec des énergies de collision réglées pour maximiser la production de bosons de Higgs et comprendre leurs propriétés en détail.

Plus tard au cours du siècle, la première machine sera démontée et remplacée par un broyeur proton-proton. Cela atteindrait des énergies de collision de 100 téraélectronvolts (TeV), contre 16 TeV du LHC, qui entre également en collision avec des protons et est actuellement l'accélérateur le plus puissant du monde. Son objectif serait de rechercher de nouvelles particules ou forces de la nature et d'étendre ou de remplacer le modèle standard actuel de physique des particules. Une grande partie de la technologie dont la machine finale aura besoin n'a pas encore été développée et fera l'objet d'études approfondies dans les décennies à venir.

«Il s'agit d'une stratégie très ambitieuse, qui dessine un brillant avenir pour l'Europe et pour le CERN avec une approche prudente et progressive», a déclaré Gianotti.

«Je pense que c'est certainement la bonne direction à suivre», déclare Yifang Wang, qui dirige Pékin. La nouvelle machine proposée par le CERN est similaire dans son concept à une proposition que Wang a dirigée pour un collisionneur chinois, à la suite de la découverte par le LHC du boson de Higgs en 2012. Comme la stratégie désormais officielle du CERN, la proposition de Wang prévoyait également la possibilité d'héberger un collisionneur de protons dans un deuxième temps, suivant le modèle du LHC (l'anneau du LHC de 27 kilomètres occupe le tunnel qui abritait le Grand collisionneur électron-positon du CERN dans les années 1990). La décision du CERN "est la confirmation que notre choix était le bon", dit Wang.

Tout en approuvant pleinement un collisionneur circulaire du CERN, la stratégie demande également à l'organisation d'étudier la possibilité de participer à un collisionneur linéaire international distinct, une idée plus ancienne qui a été maintenue par les physiciens au Japon. Hitoshi Yamamoto, physicien à l'Université Tohoku de Sendai, au Japon, dit que l'approbation est encourageante. «Je crois que les conditions pour que l'ILC passe à la prochaine étape au Japon et aussi à l'échelle mondiale sont maintenant fermement en place.»

Tournée de financement

La stratégie du CERN envisage 2038 comme le début de la construction du nouveau tunnel de 100 kilomètres et du collisionneur électron-positon. D'ici là, le laboratoire continuera d'exploiter une version améliorée de son collisionneur actuel appelé High Luminosity LHC, qui est actuellement en construction.

Mais avant que le CERN ne puisse commencer à construire sa nouvelle machine, il devra chercher de nouveaux financements au-delà du budget ordinaire qu'il reçoit des États membres. Llewellyn-Smith dit que les pays en dehors de l'Europe, y compris les États-Unis, la Chine et le Japon, pourraient avoir besoin de rejoindre le CERN pour former une nouvelle organisation mondiale. «Il aura certainement besoin d'une nouvelle structure», dit-il.

Le plan coûteux a des détracteurs – même dans la communauté de la physique. Sabine Hossenfelder, physicienne théoricienne à l'Institut des hautes études de Francfort en Allemagne, s'est révélée être une critique de la poursuite d'énergies toujours plus élevées lorsque la rentabilité scientifique – outre la mesure des propriétés des particules connues – est loin d'être garantie. "Je pense toujours que ce n'est pas une bonne idée", déclare Hossenfelder. «Nous parlons de dizaines de milliards. Je pense simplement qu'il n'y a pas assez de potentiel scientifique pour faire ce genre d'étude en ce moment. »

Le nouveau collisionneur sera en territoire inconnu, explique Tara Shears, physicienne à l'Université de Liverpool, au Royaume-Uni. Alors que le LHC avait clairement pour objectif de rechercher le boson de Higgs ainsi que les raisons bien motivées des théoriciens de croire qu'il pourrait y avoir de nouvelles particules dans la gamme de masses qu'il pourrait explorer, la situation est maintenant différente. "Nous n'avons pas de prédiction équivalente et solide à l'heure actuelle – et cela rend plus difficile et plus risqué de savoir où et comment chercher des réponses."

Pourtant, elle dit: «Nous savons que la seule façon de trouver des réponses est par l'expérience et le seul endroit où les trouver est où nous n'avons pas encore pu chercher.»

En clôturant la réunion, à laquelle la plupart des membres ont assisté à distance, la présidente du Conseil du CERN, Ursula Bassler, a déclaré: "La grande tâche incombe maintenant à nous, de concrétiser cette stratégie." Elle a ensuite sauté une bouteille de champagne avant de terminer la téléconférence.

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