Dix ans après la découverte du boson de Higgs, le LHC du CERN, le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde, redémarrera mardi avec une énergie de collision record. Le but? Plongez un peu plus dans les secrets du matériau.
Un employé du CERN parcourt les allées du LHC, lors d’une pause technique, le 6 février 2020.
Le LHC du CERN, le plus grand accélérateur de particules au monde, photographié lors d’un arrêt technique, le 6 février 2020.
Le détecteur CMS du LHC, qui enregistre les collisions de protons, le 6 février 2020 au CERN
Le plus grand accélérateur de particules du monde a explosé avec une énergie record – Galerie
Un employé du CERN parcourt les allées du LHC, lors d’une pause technique, le 6 février 2020.
Le LHC du CERN, le plus grand accélérateur de particules au monde, photographié lors d’un arrêt technique, le 6 février 2020.
Le détecteur CMS du LHC, qui enregistre les collisions de protons, le 6 février 2020 au CERN
Le Large Hadron Collider (LHC) a redémarré en avril après un arrêt technique de trois ans pour maintenir et améliorer la production et la détection de particules.
Il fonctionnera à sa pleine puissance de collision de 13,6 billions d’électronvolts (TeV) pendant quatre ans, ont annoncé des responsables de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) lors d’un point de presse la semaine dernière.
Ses deux faisceaux de protons – les particules du noyau de l’atome – accélérés à une vitesse proche de la lumière circuleront en sens opposés dans l’anneau de 27 km enfoui à 100 m sous terre à la frontière franco-suisse.
Les détecteurs de plusieurs expériences (notamment ATLAS, CMS, ALICE et LHCb) enregistreront alors les collisions de protons qui produisent des particules éphémères expliquant 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.
Plus ces collisions sont violentes, plus elles permettent de « casser » les particules pour identifier leurs composants et leurs interactions.
Les faisceaux de protons seront concentrés pour atteindre des points d’interaction aussi microscopiques que “10 microns pour augmenter le taux de collision” des protons, a expliqué Mike Lamont.
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 Giannotti, alors 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 sont organisées”, selon le chercheur.
Sa découverte a révolutionné la physique, confirmant la prédiction des chercheurs qui en avaient fait, près de 50 ans plus tôt, le centre du modèle standard de la physique des particules (SM). Le boson de Higgs est une manifestation d’un champ, c’est-à-dire espace qui donne de la masse aux particules élémentaires qui composent la matière.
Il y a encore des secrets à transmettre
Les chercheurs ont pu le dégager grâce à l’analyse d’environ 1,2 milliard de milliards de collisions de protons entre eux. La troisième exploitation du LHC, qui s’ouvre mardi, multipliera ce chiffre 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 sa nature. “Qu’il s’agisse d’une particule fondamentale ou d’un composé”, c’est-à-dire. une collection de plusieurs particules qui ne sont pas encore connues, demande Joachim Mnich, directeur de la recherche et de l’informatique au CERN. Mieux, “est-ce le seul boson de Higgs qui existe, ou y en a-t-il d’autres ?”
Des expériences passées ont permis de déterminer la masse du boson de Higgs mais aussi de détecter plus de 60 particules constituantes prédites par le Modèle Standard, comme le tétraquark.
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 l’hypothétique matière noire ou de la non moins mystérieuse énergie noire.
Ainsi, neuf expériences bénéficieront de la production de particules de l’accélérateur. Comme ALICE, qui étudie le plasma primordial de matière qui prévaut dans les dix premières microsecondes après le Big Bang. Ou le LHCf, qui simule les rayons cosmiques.
La prochaine étape du grand collisionneur viendra après la troisième pause, en 2029, avec son passage en “haute luminosité”, qui multipliera par dix le nombre d’événements détectables.
Par ailleurs, des chercheurs du CERN se penchent sur le projet Future Circular Collider (FCC), un anneau de 100 kilomètres dont l’étude de faisabilité est attendue fin 2025. « Ce sera la meilleure machine pour étudier le boson de Higgs, qui est un outil très puissant. pour comprendre la physique fondamentale », conclut Fabiola Giannotti.
AFP
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