Le grand collisionneur de hadrons a été fermé pour des mises à niveau depuis 2018 CERN
LE Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN près de Genève, en Suisse, recommencera à fonctionner après un arrêt de trois ans et des retards dus à la pandémie de covid-19. Le collisionneur de particules – connu pour son rôle dans la découverte du boson de Higgs, qui donne de la masse à toutes les autres particules fondamentales – reviendra en 2022 avec des améliorations qui lui donneront un coup de pouce en puissance.
Des travaux sont en cours pour effectuer des essais sur le collisionneur et étalonner de nouveaux équipements. Maintenant, il se prépare à des expériences qui pourraient fournir aux physiciens les données nécessaires pour étendre le modèle standard, notre meilleure description de la façon dont les particules et les forces interagissent.
Phil Allport de l’Université de Birmingham au Royaume-Uni affirme que les mises à niveau pourraient permettre de nouvelles mesures qui nous donneraient un aperçu de la façon dont le boson de Higgs se désintègre, ce qui permettrait de mieux comprendre comment il s’intègre dans le modèle standard.
« Ces mesures mettent en lumière ce qui se passe aux énergies les plus élevées que nous pouvons atteindre, ce qui nous renseigne sur les phénomènes du tout premier univers », dit-il. Ils nous permettront également de tester des idées qui tentent de rendre compte de choses qui ne sont pas entièrement décrites par le modèle standard, dit-il.
Cela inclut les mystères qui tourmentent les physiciens depuis des décennies, tels que le soi-disant problème de hiérarchie, qui traite du vaste écart entre la masse du Higgs et celle d’autres particules fondamentales, ainsi que l’énergie noire et la matière noire, les phénomènes inexpliqués qui font jusqu’à la plupart de l’univers.
«Toutes ces choses nécessitent des extensions du modèle standard de la physique des particules pour s’adapter, et toutes ces théories font des prédictions. Et le meilleur endroit où chercher pour tester ces prédictions est généralement dans les énergies les plus élevées possibles », explique Allport. Il dit que les mises à niveau du LHC ouvrent également la voie à des observations entièrement nouvelles qui signalent un écart par rapport au modèle standard.
Une partie des travaux de mise à niveau a consisté à augmenter la puissance des injecteurs qui fournissent des faisceaux de particules hautement accélérés au collisionneur. Avant le dernier arrêt en 2018, les protons pouvaient atteindre une énergie de 6,5 téraélectronvolts, mais les améliorations signifient que cela peut désormais être poussé à 6,8 téraélectronvolts.
Rende Steerenberg du CERN affirme que ces faisceaux plus puissants provoqueront des collisions à des énergies plus élevées que jamais auparavant, et d’autres améliorations à l’avenir permettront également à davantage de particules d’entrer en collision en même temps.
Il existe déjà des plans pour de nouvelles améliorations en 2024, qui réduiront les faisceaux du LHC et augmenteront considérablement le nombre de collisions qui se produisent. L’exercice 2018 a vu environ 40 collisions à chaque fois qu’une impulsion de protons se croisait, mais les mises à niveau porteront ce chiffre entre 120 et 250. À ce stade, le LHC prendra un nouveau nom, le High Luminosity Large Hadron Collider, et il devrait commencer les expérimentations en 2028.
Il reste encore de nombreux tests à effectuer avant que la puissance des nouveaux composants ne puisse être libérée. Les scientifiques du CERN espèrent les terminer fin février, puis passer lentement à un petit nombre de collisions à pleine puissance en mai. La fréquence de ces collisions augmentera en juin, date à laquelle Steerenberg dit que la physique « significative » commencera.
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