Eos a visité le Grand collisionneur de hadrons (LHC) cette semaine au CERN, découvrant les ambitions futures de cette machine emblématique, à l'origine de l'une des plus grandes découvertes scientifiques de tous les temps.
L'accélérateur de particules de 27 km de circonférence, qui a permis la découverte du boson de Brout-Englert-Higgs en 2012 – couronnée par le Nobel de physique pour le Bruxellois François Englert en 2013 –, est à l'arrêt pour maintenance depuis février 2013. Loin d'être inactif, le CERN voit ses physiciens analyser des téraoctets de données tandis que les ingénieurs procèdent à une mise à niveau majeure. Prévu pour un redémarrage en 2015, le LHC sera plus puissant, plus rapide et plus précis, visant à percer les mystères de la matière noire, de la supersymétrie et de l'antimatière – une physique aussi exotique que l'était le boson de Higgs à l'époque.
Train de protons
Dans le tunnel circulaire à 150 mètres sous la frontière franco-suisse près de Genève, deux faisceaux de protons circulent en sens opposé à une vitesse proche de celle de la lumière. L'énergie d'un faisceau équivaut à celle d'un TGV filant à 150 km/h.
Ce « train de protons » est maintenu en orbite par 1 624 électroaimants supraconducteurs en niobium-titane. Après environ 100 tours, les particules atteignent l'énergie requise et entrent en collision à quatre points précis, toutes les 25 nanosecondes.
Chacune de ces collisions produit des particules, familières ou exotiques, comme le boson de Brout-Englert-Higgs découvert en juillet 2012, révélant les secrets de l'Univers.
Conditions extrêmes
Les électroaimants, refroidis à -271 °C grâce à 96 tonnes d'hélium liquide – proche du zéro absolu –, opèrent dans des conditions extrêmes. Chaque collision génère une chaleur intense en une fraction de seconde, exigeant une robustesse exceptionnelle du matériel.
Durant cette révision, des milliers de composants sont inspectés et remplacés. De nouveaux aimants plus puissants portent l'énergie par faisceau de 4 TeV (8 TeV en collision) à 6,5 TeV (13 TeV en collision). Cette puissance accrue pourrait révéler une nouvelle physique, voire produire de la matière noire.
Initialement conçu pour 14 TeV, le LHC avait subi un incident majeur en 2008 impliquant six tonnes d'hélium liquide, limitant son énergie lors de la découverte du Higgs. Le redémarrage de 2015 atteindra enfin les performances prévues.
Et maintenant ?
Après le boson BEH, quelles découvertes ? Walter Van Doninck, vice-président du Conseil du CERN, explique : « Cette trouvaille complète le Modèle standard, qui n'explique que 4 % de l'Univers. La matière noire, invisible mais influente, est une priorité pour le LHC amélioré. » Si insuffisant, un successeur – circulaire de 80 km ou linéaire – est envisagé.
Contributions belges
La Belgique investit 25 millions d'euros annuels au CERN. Le FWO finance chercheurs et projets. En retour, 30 millions d'euros d'acier liégeois et 80 Belges sur 3 000 dans l'expérience CMS. Développements flamands incluent la chambre à traces et le calorimètre du CMS, ainsi que l'informatique pour les données massives, d'après Pierre Van Mechelen (UA).
Accélérateur à Mol
Le CERN et le SCK-CEN construiront un accélérateur linéaire haute intensité à Mol pour MYRRHA, un réacteur de recherche démarrant en 2025. Il traitera les déchets nucléaires, optimisera l'uranium, et servira la biologie et la médecine (radio-isotopes anticancéreux). Accord signé le 28 octobre à Genève.
