Dix ans après avoir découvert le boson de Higgs, le Large Hadron Collider est sur le point de commencer à écraser des protons à des niveaux d’énergie sans précédent dans sa quête pour révéler plus de secrets sur le fonctionnement de l’univers.
Le collisionneur de particules le plus grand et le plus puissant au monde a redémarré en avril après une pause de trois ans pour des mises à niveau en vue de sa troisième course.
À partir de mardi, il fonctionnera 24 heures sur 24 pendant près de quatre ans à une énergie record de 13,6 billions d’électronvolts, a annoncé l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) lors d’un point de presse la semaine dernière.
Il enverra deux faisceaux de protons – des particules dans le noyau d’un atome – dans des directions opposées à une vitesse proche de la lumière autour d’un anneau de 27 kilomètres (17 miles) enfoui à 100 mètres sous la frontière franco-suisse.
Les collisions résultantes seront enregistrées et analysées par des milliers de scientifiques dans le cadre d’une série d’expériences, dont ATLAS, CMS, ALICE et LHCb, qui utiliseront la puissance accrue pour sonder la matière noire, l’énergie noire et d’autres mystères fondamentaux.
1,6 milliard de collisions par seconde
« Nous visons à produire 1,6 milliard de collisions proton-proton par seconde » pour les expériences ATLAS et CMS, a déclaré Mike Lamont, responsable des accélérateurs et de la technologie au CERN.
Cette fois-ci, les faisceaux de protons seront rétrécis à moins de 10 microns – un cheveu humain a une épaisseur d’environ 70 microns – pour augmenter le taux de collision, a-t-il ajouté.
Le nouveau taux d’énergie leur permettra d’étudier plus avant le boson de Higgs, que le Large Hadron Collider a observé pour la première fois le 4 juillet 2012.
Cette découverte a révolutionné la physique en partie parce que le boson s’inscrit dans le modèle standard, la théorie dominante de toutes les particules fondamentales qui composent la matière et des forces qui les gouvernent.
Cependant, plusieurs découvertes récentes ont soulevé des questions sur le modèle standard, et le collisionneur nouvellement mis à niveau examinera le boson de Higgs plus en profondeur.
« Le boson de Higgs est lié à certaines des questions ouvertes les plus profondes de la physique fondamentale aujourd’hui », a déclaré la directrice générale du CERN, Fabiola Gianotti, qui a annoncé pour la première fois la découverte du boson il y a dix ans.
Par rapport à la première exécution du collisionneur qui a découvert le boson, cette fois-ci, il y aura 20 fois plus de collisions.
« Il s’agit d’une augmentation significative, ouvrant la voie à de nouvelles découvertes », a déclaré Lamont.
Joachim Mnich, responsable de la recherche et de l’informatique au CERN, a déclaré qu’il restait encore beaucoup à apprendre sur le boson.
« Le boson de Higgs est-il vraiment une particule fondamentale ou est-ce un composite ? Il a demandé.
« Est-ce la seule particule de type Higgs qui existe ou y en a-t-il d’autres? »
« Nouvelle saison de physique »
Des expériences passées ont déterminé la masse du boson de Higgs, ainsi que plus de 60 particules composites prédites par le modèle standard, comme le tétraquark.
Mais Gian Giudice, chef du département de physique théorique du CERN, a déclaré que l’observation des particules n’était qu’une partie du travail.
« La physique des particules ne veut pas simplement comprendre le comment – notre objectif est de comprendre le pourquoi », a-t-il déclaré.
Parmi les neuf expériences du Large Hadron Collider figurent ALICE, qui sonde la matière qui existait dans les 10 premières microsecondes après le Big Bang, et LHCf, qui utilise les collisions pour simuler les rayons cosmiques.
Après cette course, le collisionneur reviendra en 2029 sous le nom de LHC à haute luminosité, multipliant par 10 le nombre d’événements détectables.
Au-delà de cela, les scientifiques prévoient un futur collisionneur circulaire, un anneau de 100 kilomètres qui vise à atteindre des énergies de 100 000 milliards d’électronvolts.
Mais pour l’instant, les physiciens attendent avec impatience les résultats de la troisième campagne du Large Hadron Collider.
« Une nouvelle saison de physique commence », a déclaré le CERN.
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