Les chercheurs du plus grand accélérateur de particules au monde ont proposé de construire un nouveau broyeur d'atomes encore plus grand.

Le futur collisionneur circulaire (FCC), d'une valeur de 17 milliards de dollars, mesurerait 91 kilomètres de long, éclipsant ainsi son prédécesseur, le long de 16,5 milles (27 kilomètres). Grand collisionneur de hadrons (LHC), situé au sein de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), près de Genève.

Les physiciens souhaitent utiliser la taille et la puissance accrues de la FCC pour sonder les franges du modèle standard de la physique des particules, la meilleure théorie actuelle décrivant le comportement des plus petits composants de l'univers. En brisant des particules à des énergies encore plus élevées (100 téraélectronvolts, contre 14 pour le LHC), les chercheurs espèrent découvrir des particules et des forces inconnues ; découvrez pourquoi la matière l'emporte sur l'antimatière ; et enquêter sur la nature de matière noire et énergie noiredeux entités invisibles qui représenteraient 95 % de l’univers.

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« La FCC ne sera pas seulement un merveilleux instrument pour améliorer notre compréhension des lois fondamentales de la physique et de la nature », Fabiola Gianotti, a déclaré le directeur général du CERN lors d'une conférence de presse lundi 5 février. « Ce sera également un moteur d'innovation, car nous aurons besoin de nouvelles technologies avancées, de la cryogénie à aimants supraconducteurstechnologies du vide, détecteurs, instrumentation — des technologies ayant un impact potentiellement énorme sur notre société et d'énormes avantages socio-économiques.

Les broyeurs d'atomes comme le LHC font entrer en collision des protons à une vitesse proche de la lumière tout en recherchant des produits de désintégration rares qui pourraient être des indices sur de nouvelles particules ou forces. Cela aide les physiciens à examiner au mieux leur compréhension des éléments constitutifs les plus fondamentaux de l'univers et de la manière dont ils interagissent, décrits par le modèle standard de physique.

Bien que le modèle standard ait permis aux scientifiques de faire des prédictions remarquables, telles que l'existence du boson de Higgsdécouvert par le LHC en 2012 — les physiciens sont loin d'être satisfaits et sont constamment à la recherche de nouvelles physiques qui pourraient le briser.

En effet, le modèle, bien qu'il soit le plus complet à ce jour, comporte d'énormes lacunes, le rendant totalement incapable d'expliquer où se situe la force de la gravité vient, de quoi est faite la matière noire, ou pourquoi il y a tellement plus de matière que antimatière dans l'univers.

Pour ouvrir ces nouvelles frontières, les physiciens de CERN utilisera l’énergie du faisceau septuplée du FCC pour accélérer les particules à des vitesses encore plus élevées.

Mais le détecteur, bien qu’il ait fait un pas en avant prometteur, est loin d’être construit. Les propositions avancées par le CERN font partie d'un rapport intermédiaire sur une étude de faisabilité qui devrait être achevée l'année prochaine. Une fois terminé et si les plans du détecteur se concrétisent, le CERN – qui est géré par 18 États membres de l'Union européenne, ainsi que la Suisse, la Norvège, la Serbie, Israël et le Royaume-Uni – recherchera probablement des financements supplémentaires auprès d'États non membres pour le projet.

Malgré les grands espoirs quant à ce que le nouveau collisionneur pourrait découvrir, certains scientifiques restent sceptiques quant à la possibilité que cette machine coûteuse rencontre une nouvelle physique.

« Le FCC serait plus cher que le LHC et le LIGO [Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory] combinés et il a moins de potentiel de découverte,  » Sabine Hossenfelderphysicien théoricien au Centre de philosophie mathématique de Munich, a écrit dans un article de 2019 sur la plateforme X, anciennement Twitter. « Dans l'état actuel des connaissances et de la technologie, cela ne donnerait pas un bon retour sur investissement. Il existe actuellement de meilleures voies à suivre que la physique des hautes énergies. »

Les États membres se réuniront en 2028 pour décider s’ils donnent leur feu vert au projet. Ensuite, la première phase de la machine – qui ferait entrer en collision les électrons avec leurs homologues animamatières, les positrons – serait mise en service en 2045. Enfin, dans les années 2070, la FCC commencerait à écraser les protons les uns contre les autres.