Le plus grand accélérateur de particules au monde décolle avec une puissance record

Publié le lundi 4 juillet 2022 à 06:00

Dix ans après avoir découvert le boson de Higgs, le LHC du CERN, le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde, retrouvera mardi une énergie de collision record. Cible? Plongez un peu plus dans les secrets du matériau.

Le Large Hadron Collider (LHC) a redémarré en avril, après une interruption technique de trois ans, pour des travaux de maintenance, d’amélioration de sa production et de détection de particules.

Il fonctionnera à une force de collision totale de 13,6 billions d’électronvolts (TeV) pendant quatre ans, ont annoncé des responsables du CERN lors d’une conférence de presse la semaine dernière.

Les deux faisceaux de protons – particules du noyau d’un atome -, accélérant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, vont tourner en sens opposés dans l’anneau de 27 kilomètres, enfoui à 100 mètres sous terre à la frontière franco-suisse .

Les détecteurs de nombreuses expériences (notamment ATLAS, CMS, ALICE et LHCb) enregistreront les collisions de protons, qui produisent des particules éphémères qui expliquent le fonctionnement de la matière.

– 1,6 milliard de collisions par seconde –

“Nous visons un taux de 1,6 milliard de collisions proton-proton par seconde pour les expériences ATLAS et CMS”, a déclaré jeudi Mike Lamont, directeur des accélérateurs et de la technologie au CERN.

Et plus ces collisions sont violentes, plus les particules peuvent être “cassées” pour déterminer leurs composants et leurs interactions.

Mike Lamont a expliqué que les faisceaux de protons seront concentrés pour atteindre aux points d’interaction une taille microscopique de “10 microns, afin d’augmenter le taux de collisions” des protons.

Le Temple mondial de l’Infini petit, construit en 2008, a conduit à la découverte du boson de Higgs, annoncée il y a exactement dix ans par Fabiola Gianotti, coordinatrice de l’expérience CMS et aujourd’hui directrice générale du CERN.

“Le boson de Higgs est lié à certaines des questions les plus profondes de la physique fondamentale, de la structure et de la forme de l’univers à la façon dont les autres particules s’organisent”, selon le chercheur.

Sa découverte a révolutionné la physique, confirmant les prédictions des chercheurs qui, il y a près de 50 ans, en ont fait une pierre angulaire du modèle standard de la physique des particules (SM). Le boson de Higgs est une manifestation d’un champ, c’est-à-dire de l’espace, qui donne de la masse aux particules élémentaires qui composent la matière.

– Plus de secrets à offrir –

Les chercheurs ont pu s’en débarrasser grâce à l’analyse d’environ 1,2 milliard de milliards de collisions de protons entre eux. Le troisième tour du LHC qui s’ouvre mardi multipliera ce nombre par vingt. “C’est une augmentation significative qui ouvre la voie à de nouvelles découvertes”, note Mike Lamont.

Car le boson de Higgs n’a pas livré tous ses secrets. A commencer par leur nature. “Est-ce une particule fondamentale ou un complexe”, c’est-à-dire un groupe de plusieurs particules encore inconnu, s’interroge Joachim Menich, directeur de la recherche et du calcul au CERN. Mieux, “Est-ce la seule particule de Higgs là-bas ou y a-t-il d’autres particules?”

Des expériences antérieures ont permis de déterminer la masse du boson de Higgs, ainsi que de découvrir plus de 60 particules composites prédites par le modèle standard, comme le tétragone.

Mais comme le rappelle Gian Giudice, responsable de la physique théorique au CERN, « les particules ne sont que la manifestation d’un phénomène », alors que « le but de la physique des particules est de comprendre les principes fondamentaux de la nature ». Comme la nature de la matière noire hypothétique ou l’énergie noire tout aussi mystérieuse.

Ainsi, neuf expériences bénéficieront de la production de particules de l’accélérateur. Comme Alice, qui étudie le plasma primordial de matière qui a régné dans les dix premières microsecondes après le Big Bang. Ou LHCf, qui simule les rayons cosmiques.

La prochaine phase du Large Collider viendra après le troisième arrêt, en 2029, avec son passage en “haute luminosité”, qui multipliera par dix le nombre d’événements détectables.

Par ailleurs, les chercheurs du CERN se tournent vers le projet Future Circular Collider (FCC), qui est une boucle de 100 kilomètres dont la faisabilité devrait être étudiée fin 2025 », a conclu Fabiola Gianotti.

pcl / juc / cel / fmp / pb

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