Dix ans après la découverte du boson de Higgs, le grand collisionneur de hadrons est sur le point de commencer à écraser des protons ensemble à des niveaux d’énergie sans précédent, dans sa quête pour révéler d’autres secrets sur le fonctionnement de l’univers.
Le plus grand et le plus puissant collisionneur de particules du monde a redémarré en avril après une pause de trois ans pour des mises à niveau en vue de son troisième passage.
À partir de mardi, il fonctionnera 24 heures sur 24 pendant près de quatre ans à une énergie record de 13,6 billions d’électronvolts, a annoncé l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) lors d’un point de presse la semaine dernière.
Il enverra deux faisceaux de protons – particules du noyau d’un atome – dans des directions opposées, à une vitesse proche de celle de la lumière, autour d’un anneau de 27 km enterré à 100 mètres sous la frontière franco-suisse.
Les collisions qui en résultent seront enregistrées et analysées par des milliers de scientifiques dans le cadre d’une série d’expériences, dont ATLAS, CMS, ALICE et LHCb, qui utiliseront cette puissance accrue pour étudier la matière noire, l’énergie noire et d’autres mystères fondamentaux.
1,6 milliard de collisions par seconde
“Nous avons pour objectif de produire 1,6 milliard de collisions proton-proton par seconde” pour les expériences ATLAS et CMS, a déclaré Mike Lamont, responsable des accélérateurs et de la technologie au CERN.
Cette fois, les faisceaux de protons seront réduits à moins de 10 microns – un cheveu humain a une épaisseur d’environ 70 microns – afin d’augmenter le taux de collision, a-t-il ajouté.
Le nouveau taux d’énergie permettra d’approfondir les recherches sur le boson de Higgs, que le Grand collisionneur de hadrons a observé pour la première fois le 4 juillet 2012.
La découverte a révolutionné la physique en partie parce que le boson s’inscrit dans le cadre du modèle standard – la théorie dominante de toutes les particules fondamentales qui composent la matière et les forces qui les gouvernent.
Cependant, plusieurs découvertes récentes ont soulevé des questions sur le modèle standard, et le collisionneur nouvellement modernisé examinera le boson de Higgs de manière plus approfondie.
“Le boson de Higgs est lié à certaines des questions ouvertes les plus profondes de la physique fondamentale actuelle”, a déclaré Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN, qui a annoncé la découverte du boson il y a dix ans.
Par rapport au premier passage du collisionneur qui a permis de découvrir le boson, il y aura cette fois-ci 20 fois plus de collisions.
“Il s’agit d’une augmentation significative qui ouvre la voie à de nouvelles découvertes”, a déclaré M. Lamont.
Joachim Mnich, responsable de la recherche et du calcul au CERN, a déclaré qu’il restait encore beaucoup à apprendre sur le boson.
“Le boson de Higgs est-il vraiment une particule fondamentale ou est-il un composite ?” a-t-il demandé.
“Est-ce la seule particule de type Higgs qui existe – ou y en a-t-il d’autres ?”.
Nouvelle saison de physique
Les expériences passées ont permis de déterminer la masse du boson de Higgs, ainsi que de plus de 60 particules composites prédites par le modèle standard, comme le tétraquark.
Mais Gian Giudice, chef du département de physique théorique du CERN, a déclaré que l’observation des particules ne représente qu’une partie du travail.
“La physique des particules ne cherche pas simplement à comprendre le comment – notre objectif est de comprendre le pourquoi”, a-t-il déclaré.
Parmi les neuf expériences du Grand collisionneur de hadrons, citons ALICE, qui étudie la matière qui existait dans les 10 microsecondes suivant le Big Bang, et LHCf, qui utilise les collisions pour simuler les rayons cosmiques.
Après cette phase, le collisionneur reviendra en 2029 sous le nom de LHC à haute luminosité, ce qui multipliera par 10 le nombre d’événements détectables.
Au-delà, les scientifiques prévoient un futur collisionneur circulaire – un anneau de 100 kilomètres qui vise à atteindre des énergies de 100 trillions d’électronvolts.
Mais pour l’instant, les physiciens attendent avec impatience les résultats du troisième passage du Grand collisionneur de hadrons.
“Une nouvelle saison de physique commence “, a déclaré le CERN.