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Le nouvel accélérateur de particules européen prend forme

accélérateur de particules LHC
Crédits : -Dant-/istock

Le laboratoire européen du CERN a dévoilé les projets ambitieux de son nouvel accélérateur de particules, appelé le Futur Collisionneur Circulaire (FCC). Cette nouvelle installation, qui sera sous la supervision de la France et de la Suisse, s’étendra sur plus de trois fois la longueur du LHC, actuellement considéré comme le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules du CERN.

Étudier le comportement de la matière

Les accélérateurs de particules sont des dispositifs complexes conçus pour accélérer des particules subatomiques telles que des protons ou des électrons, à des vitesses extrêmement élevées.

Le processus d’accélération des particules commence généralement par l’utilisation de champs électriques et magnétiques puissants pour donner de l’énergie aux particules chargées. Lorsque les particules accélérées atteignent des énergies extrêmement élevées, elles sont injectées dans le collisionneur où des aimants puissants les maintiennent en orbite.

Les particules circulent ensuite autour de l’anneau à des vitesses proches de celle de la lumière. À des points spécifiques de l’anneau, les particules se croisent, entraînant des collisions qui libèrent une grande quantité d’énergie.

Lors de ces collisions à des énergies très élevées, les particules subatomiques se désintègrent en d’autres particules, ce qui permet aux scientifiques d’observer et d’étudier les produits de ces réactions. Ces études approfondies des interactions subatomiques fournissent des informations cruciales sur la composition fondamentale de la matière, les forces qui régissent ces interactions. Les données collectées peuvent alors aider à répondre à des questions importantes sur la structure de l’Univers.

Un accélérateur de particules aux grandes ambitions

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est actuellement le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules du monde. Situé au Centre européen de recherche nucléaire (CERN) à la frontière franco-suisse, près de Genève, le LHC a commencé à fonctionner en 2010. Il utilise un anneau circulaire de 27 kilomètres de circonférence pour accélérer des protons à des énergies extrêmement élevées. À certaines intersections de cet anneau, des détecteurs massifs, tels que le Grand Atlas et CMS, capturent les résultats des collisions proton-proton. Parmi les réalisations notables du LHC, on compte la découverte du boson de Higgs en 2012, une particule cruciale pour notre compréhension de la physique des particules élémentaires.

Cependant, avec une date de fin prévue vers 2040, le LHC est sur le point d’être surpassé par un projet encore plus ambitieux : le Futur collisionneur circulaire (FCC). S’il est approuvé, ce nouveau collisionneur devrait dépasser de plus de trois fois la longueur du LHC et offrir des énergies de collision encore plus élevées. Cela permettra ainsi aux scientifiques d’explorer de nouveaux horizons dans le domaine de la physique des particules.

accélérateur de particules
Le FCC formerait un nouveau tunnel circulaire sous la France et la Suisse. Crédits : CERN

Une incroyable machine

Le coût estimé de la première étape du FCC, qui comprend la construction du tunnel et des infrastructures, atteindrait environ 17 milliards de dollars. La première phase, prévue pour 2048, serait axée sur un collisionneur « électron-positon » pour approfondir l’étude du boson de Higgs et de la force faible.

Le FCC viserait ensuite une énergie de 100 000 milliards d’électronvolts. Il dépasserait ainsi largement le record actuel du LHC. Selon Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN, ce nouvel accélérateur est la seule machine qui permettrait à l’humanité de faire un grand pas en avant dans l’étude de la matière.

Le projet est actuellement en phase d’étude de faisabilité et les conclusions sont attendues d’ici 2025. La décision quant à la mise en œuvre du plan sera prise en 2028 par les États membres du CERN. En cas d’approbation, la construction du tunnel débuterait en 2033. Le CERN consulte également les régions affectées par le tracé du tunnel et prévoit d’effectuer des études d’impact sur l’environnement local.