En 2008, en dehors de Genève, en Suisse, les physiciens ont utilisé le Grand collisionneur de hadrons (LHC), le plus grand accélérateur de particules au monde et l'expérience scientifique la plus coûteuse jamais conçue. Pour beaucoup, le coût et l'attente en valaient la peine. En 2012, la machine massive a détecté le boson de Higgs, vérifiant ainsi le dernier élément majeur du modèle standard de la physique. Mais les chercheurs savent que le modèle standard n’est pas complet, car il ignore des choses comme la gravité et la matière noire. C’est pourquoi, vendredi, les travaux de construction d’une mise à niveau majeure du LHC ont commencé, indique Ian Sample au Guardian . Une fois celle-ci terminée, en 2026, l’accélérateur le plus puissant risque de détruire le modèle standard, ou du moins d’en ajouter quelques-uns. les rides à la théorie.
La physique des particules est l'une des sciences les plus complexes. La plupart des personnes ayant un semestre de chimie à leur actif comprennent que les atomes sont constitués de protons, de neutrons et d'électrons. Mais il y a beaucoup plus: les protons et les neutrons sont constitués de quarks réunis par des gluons, un des nombreux types de bosons. Les autres particules élémentaires - celles que les chercheurs ne peuvent pas diviser plus loin - incluent six saveurs de leptons et le Higgs, connu sous le nom de boson scalaire. Ensuite, il existe des dizaines de particules constituées de ces particules élémentaires, dont les hadrons, constitués de quarks et de gluons, et de mésons, constitués d'un quark et d'un anti-quark.
Bien que la science derrière les particules soit difficile, il est facile de comprendre comment les scientifiques découvrent de nouvelles particules ou confirment l’existence de particules théoriques: ils les écrasent et examinent les morceaux. C'est essentiellement ainsi que fonctionne le LHC, rapporte la BBC - des chercheurs se lancent un faisceau de particules autour d'un anneau de presque 17 km de long à une vitesse proche de celle de la lumière. Ces faisceaux, guidés par de puissants aimants, sont ensuite croisés, ce qui provoque l’écrasement des particules et la fragmentation en éléments élémentaires d’une durée d’une fraction de seconde. Des détecteurs très sensibles captent ces éclats rapides de ce qui compose notre univers.
La BBC a annoncé que la nouvelle mise à niveau s'appellera le LHC à haute luminosité. Elle intensifiera l'intensité de ces faisceaux de particules, multipliant par cinq le nombre de collisions. Pour ce faire, le CERN, l'agence qui gère LHC, ils ajoutent 130 nouveaux aimants puissants qui contrôleront plus précisément le faisceau de particules, augmentant ainsi le risque de collision entre les particules. Ils déplacent également des aimants et ajoutent des câbles supraconducteurs pour améliorer l'efficacité du LHC. Tout cela se traduira par cinq à dix fois plus de collisions, ce qui signifie plus de données à étudier, ce qui excite les chercheurs. «Le LHC à haute luminosité est le lieu où nous collecterons la plupart de nos données. C’est donc la phase de notre exploration qui nous permet de mieux connaître l’univers», Tara Shears de l’Université de Liverpool, qui travaille sur le collisionneur. raconte échantillon. «Si le LHC nous a jusqu'ici donné une bougie pour illuminer ce qui était auparavant invisible, le LHC à haute luminosité nous laissera faire briller un projecteur.»
Ryan F. Mandelbaum de Gizmodo a déclaré qu’il fallait une augmentation de la puissance. Les chercheurs espéraient qu'après la détection du boson de Higgs en 2012, ils pourraient également commencer à découvrir d'autres particules susceptibles de compléter nos connaissances du monde quantique. Mais ces découvertes ont été insaisissables. Les chercheurs ont trouvé des «bouffées» de nouvelles particules qui pourraient perturber nos modèles actuels, mais un collisionneur plus robuste aiderait à effectuer des détections plus solides. Mandelbaum dit également qu'il pourrait trouver de nouvelles particules qui aident à expliquer la matière noire, prouver l'existence de nouvelles dimensions et explorer d'autres mystères profonds de la physique.
«Si les anomalies que nous voyons actuellement dans le LHC se manifestent au cours des deux prochaines années, ce qu’elles pourraient bien faire, ce que nous examinerons avec le LHC à haute luminosité, c’est la physique qui sous-tend ces découvertes», a déclaré Val Gibson. un professeur de physique à Cambridge qui travaille sur le collisionneur, raconte Sample. «Cela changerait le modèle standard. Ce serait totalement révolutionnaire. "
Mandelbaum rapporte que le gain de puissance est également nécessaire pour mieux contrôler les Higgs. Bien qu'elle ait été détectée, les chercheurs n'ont pas suffisamment vu la particule pour l'étudier en profondeur. Au rythme actuel, il faudrait au LHC cent ans ou plus pour rassembler toutes les données sur le boson de Higgs. Avec la mise à niveau, il faudra environ dix minutes. «Le LHC est désormais un jeu de chiffres: nous avons besoin d'autant de données que possible. Étudier le boson de Higgs après sa découverte en 2012, mais aussi parce qu'il est maintenant assez clair que toute autre nouvelle particule pourrait être rare », explique le physicien Freya Blekman de Vrije Universiteit Brussel en Belgique. "Nous avons donc besoin de charges de données."
La mise à niveau de la machine signifie qu'elle sera hors ligne pendant deux ans à compter de 2019, puis entre 2024 et 2026. L'ensemble de la mise à niveau devrait coûter environ 955 millions de dollars. Mais si l'histoire est une leçon, cela peut prendre plus de temps et coûter plus cher que prévu. Le LHC est en proie à des dépassements de coûts et à des problèmes techniques, notamment deux brucelles suicidaires et un pigeon mangeant des baguettes qui ont mis la machine hors service pendant plusieurs semaines.
