Le Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) a dévoilé les plans du Futur Collisionneur Circulaire (FCC), le gigantesque accélérateur de particules qui surpassera largement le LHC à la fois en taille et en puissance. Le tunnel circulaire de 90,7 kilomètres sera enfoui sous le paysage franco-suisse et générera jusqu’à 100 Téraélectronvolts (TeV) d’énergie. Les chercheurs estiment que sa puissance pourra enfin permettre de sonder les mystères de la matière noire et de l’énergie noire.
Ce lundi 5 février, les administrateurs du CERN ont révélé les premiers résultats de l’étude de faisabilité du FCC. Ayant débuté en 2021, cette phase préliminaire devrait se poursuivre jusqu’en 2025. L’étude inclut un volet scientifique avec de nombreuses considérations techniques engageant des ingénieurs du monde entier. Les aspects administratifs et financiers concernant la faisabilité territoriale de l’infrastructure ont également été considérés dans l’étude.
De nombreux aspects doivent en effet être pris en compte avant l’installation d’une infrastructure d’une telle envergure. Afin de maximiser son efficacité, le tunnel sous-terrain doit éviter les zones géologiquement complexes tout étant connecté au LHC. Sa localisation ainsi que celle des centres de contrôle en surface doivent respecter les exigences socio-environnementales imposées par chaque région et communauté.
Un projet titanesque
Après de nombreuses étapes de planification, le CERN prévoit d’installer le FCC sous les départements français de la Haute-Savoie et de l’Ain et le canton suisse de Genève. Avec 90,7 kilomètres de circonférence, il sera ainsi plus de trois fois plus grand que le LHC. Il sera construit à 200 mètres de profondeur, avec une petite portion située sous le lac Léman. 8 centres de contrôle de surface seront répartis le long du tunnel, dans plusieurs localités françaises et suisses.
Tout comme le LHC, le FCC fonctionnera sous juridiction franco-suisse, mais sa construction devra être validée par les États-membres du CERN. Après l’achèvement de l’étude de faisabilité, les États-membres se réuniront en 2028 pour le valider. Si le projet obtient le feu vert, la construction débutera à la mi-2030.
Le tunnel du FCC abritera deux collisionneurs dont la construction s’effectuera par étapes. La première concerne le collisionneur électron-positon (FCC-ee). Selon les responsables du projet, il pourrait être opérationnel d’ici 2045. La seconde phase de construction concerne le collisionneur de proton (FCC-hh), situé parallèlement au FCC-ee. Cette partie ne sera pas opérationnelle avant 2070, selon le CERN.
L’organisation a en outre assuré de rendre le futur collisionneur plus durable, en développant des technologies moins énergivores et en instaurant une économie circulaire à chaque étape de construction. Il faut toutefois noter que les responsables n’ont pas précisé en quoi cela consistait exactement et nous n’avons pas pu accéder au rapport complet de conception.
Dans l’ensemble, il s’agit d’un projet pharaonique dont la première étape de construction coûterait à elle seule environ 17 milliards de dollars. Toutefois, alors qu’avec ses 27 kilomètres de circonférence le LHC est actuellement le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde, le FCC le surpassera largement, le rendant presque ridicule. Si le premier peut générer jusqu’à 13 TeV d’énergie, le second en générera jusqu’à 100 TeV — une puissance phénoménale qui pourrait s’avérer être une véritable aubaine pour les scientifiques.
« L’avenir de la physique des hautes énergies au 21e siècle dépend de la conception et de la construction de collisionneurs capables de repousser les limites de l’énergie et de l’intensité d’un ordre de grandeur au-delà des valeurs actuelles », a déclaré le CERN dans un communiqué. Les opportunités d’études sont nombreuses et pourraient s’étendre à la matière noire et l’énergie noire. Selon le Conseil, plus de 150 universités, instituts de recherche et partenaires industriels du monde entier évaluent actuellement les possibilités de nouvelles installations de détection.
Un nouvel espoir pour détecter la matière et l’énergie noires
La détection du boson de Higgs avec le LHC a contribué de manière considérable à compléter le modèle standard de la physique des particules. Cela a permis d’améliorer notre compréhension du cycle de la matière et de l’énergie dans l’Univers. Cependant, ce modèle nécessite encore d’importants ajustements, notamment en ce qui concerne la matière et l’énergie noires.
Composant la grande majorité de l’Univers, ces dernières demeurent jusqu’à aujourd’hui insaisissables, car elles n’interagissent pas avec la lumière. La seule manière pour les physiciens d’en détecter la présence est d’observer leur interaction avec les objets massifs et leurs effets sur la matière baryonique et l’expansion de l’Univers. Malgré les décennies de recherche qui y ont été consacrées, les chercheurs n’ont jamais pu les observer et en déterminer la véritable nature. Le CERN espère que le FCC générera suffisamment de puissance pour effectuer des collisions à très haute énergie qui pourraient enfin permettre de les détecter.