Ce n’est pas le bon moment pour un plus gros accélérateur de particules. Mais le CERN, le centre européen de physique basé à Genève, en Suisse, a des projets – de grands projets. La plus grande installation de physique des particules au monde, exploitant actuellement le plus grand collisionneur de particules au monde, a annoncé son intention de construire une machine encore plus grande, comme l’a révélé une conférence de presse et un communiqué aujourd’hui.
Avec cela, Le CERN a décidé qu’il voulait aller de l’avant avec la première étape d’un plan pour le futur collisionneur circulaire (FCC), hébergé dans un tunnel en forme d’anneau de 100 kilomètres, soit un peu plus de 60 miles, de circonférence. Cette machine pourrait à terme atteindre des énergies de collision de 100 téra-électron-volts, environ six fois l’énergie de collision du grand collisionneur de hadrons (LHC) actuellement en fonctionnement. En atteignant des énergies sans précédent, le nouveau collisionneur permettrait un examen le plus profond de la structure de la matière à ce jour, et offrirait la possibilité de trouver de nouvelles particules.
Il est encore difficile de savoir si la vision complète verra le jour. Mais le CERN a annoncé qu’il était « hautement prioritaire » pour l’organisation de faire le premier pas sur le chemin du FCC: trouver un site approprié pour le tunnel et construire une machine pour faire entrer en collision électrons et positrons à des énergies similaires à celle du LHC. (qui utilise cependant des protons sur les protons). La décision de savoir si le CERN passera ensuite aux collisions à haute énergie entre protons ne viendra qu’après plusieurs années supplémentaires d’étude et de délibération.
Cette première étape a également été baptisée une « usine de Higgs », car elle est spécialement conçue pour produire de grandes quantités de bosons de Higgs. Le boson de Higgs, découvert au CERN en 2012, était la dernière particule manquante dans le modèle standard de physique des particules. Avec la nouvelle machine, les physiciens des particules veulent mesurer plus en détail ses propriétés et les propriétés de certaines particules déjà découvertes. (Le Japon envisage de construire un collisionneur linéaire avec un objectif similaire à celui de l’usine Higgs du CERN, mais le comité travaillant sur l’idée n’a pris aucune décision définitive dans son rapport de l’année dernière. La Chine envisage un collisionneur circulaire de portée et de taille similaires au plan FCC complet du CERN , mais une décision n’est pas attendue avant l’année prochaine.)
Mais le plan du CERN, s’il était pleinement exécuté, coûterait des dizaines de milliards de dollars. Les chiffres exacts ne sont pas disponibles car les prévisions budgétaires présentées par le CERN n’incluent généralement pas le coût de fonctionnement. Si l’on considère les coûts de fonctionnement du grand collisionneur de hadrons, ces coûts pour le nouveau collisionneur s’élèveraient probablement à au moins 1 milliard de dollars par an. Pour une installation qui peut fonctionner pendant 20 ans ou plus, cela est comparable aux coûts de construction.
Ce sont sans aucun doute des chiffres époustouflants. En effet, les collisionneurs de particules sont actuellement les expériences de physique les plus coûteuses qui soient. Leur prix est plus élevé que celui du type d’expériences suivant, même le plus cher, les télescopes en mission par satellite.
La principale raison pour laquelle le coût est si élevé est que, depuis les années 1990, il n’y a eu que des améliorations de la technologie des collisionneurs. En conséquence, le seul moyen d’atteindre des énergies plus élevées aujourd’hui est de construire des machines plus grandes. C’est la taille physique – les longs tunnels, les nombreux aimants nécessaires pour le remplir et toutes les personnes nécessaires pour y parvenir – qui rend les collisionneurs de particules si chers.
Mais alors que le coût de ces collisionneurs a explosé, leur pertinence a diminué. Lorsque les physiciens ont commencé à construire des collisionneurs dans les années 1940, ils ne disposaient pas d’un inventaire complet des particules élémentaires et ils le savaient. De nouvelles mesures ont soulevé de nouvelles énigmes et ils ont construit de plus gros collisionneurs jusqu’à ce qu’en 2012, le tableau soit complet. Le modèle standard a encore quelques détails, mais les tester expérimentalement nécessiterait des énergies au moins dix milliards de fois plus élevées que ce que même la FCC pourrait tester. Le cas scientifique d’un prochain collisionneur plus grand est donc actuellement mince.
Bien sûr, il est possible qu’un prochain collisionneur plus grand fasse une découverte révolutionnaire. Certains physiciens espèrent, par exemple, qu’il pourrait offrir des indices sur la nature de la matière noire ou de l’énergie noire.
Oui, on peut espérer. Mais il n’y a aucune raison pour que les particules qui composent la matière noire ou l’énergie noire apparaissent dans la plage d’énergie du nouvel appareil. Et cela suppose que ce sont des particules pour commencer, pour lesquelles il n’y a aucune preuve. De plus, même s’il s’agit de particules, les collisions hautement énergétiques ne sont peut-être pas le meilleur moyen de les rechercher. Les particules qui interagissent faiblement avec des masses minuscules, par exemple, ne sont pas quelque chose que l’on recherche avec les grands collisionneurs.
Et il existe des types d’expériences entièrement différents qui pourraient conduire à des percées à des coûts bien inférieurs, comme des mesures de haute précision à basse énergie ou en augmentant les masses d’objets dans les états quantiques.Aller vers des énergies plus élevées n’est pas le seul moyen de progresser dans les fondements de la physique; c’est juste la plus chère.
Dans cette situation, les physiciens des particules devraient se concentrer sur le développement de nouvelles technologies qui pourraient ramener les collisionneurs dans une fourchette de prix raisonnable et éviter de creuser plus de tunnels. La technologie la plus prometteuse à l’horizon est un nouveau type d’accélération du « champ de sillage » qui pourrait réduire considérablement la distance nécessaire pour accélérer les particules, et donc réduire la taille des collisionneurs. Une autre technologie révolutionnaire serait les supraconducteurs à température ambiante qui pourraient rendre les aimants puissants sur lesquels reposent les collisionneurs plus efficaces et plus abordables.
L’étude de ces nouvelles technologies fait également partie des priorités du CERN. Mais comme le révèle la mise à jour de la stratégie, les physiciens des particules ne se sont pas réveillés à leur nouvelle réalité. les collisionneurs de particules plus gros ont suivi leur cours. Il a aujourd’hui peu de retour sur investissement scientifique, et en même temps quasiment aucune pertinence sociétale. Les grands projets scientifiques ont généralement tendance à bénéficier à l’éducation et aux infrastructures, mais ce n’est pas spécifique aux collisionneurs de particules. Et si cela ces effets secondaires sont ce qui nous intéresse vraiment, alors nous devrions au moins investir notre argent dans la recherche scientifique ayant une pertinence sociétale.
Pourquoi, f ou exemple, n’avons-nous toujours pas de centre international de prévisions climatiques, qui, selon les estimations actuelles, ne coûterait «que» 1 milliard de dollars répartis sur 10 ans? C’est des cacahuètes par rapport à ce que la physique des particules aspire, mais beaucoup plus important. Ou pourquoi, vous vous êtes peut-être demandé récemment, n’avons-nous pas de centre de modélisation des épidémies?
C’est parce que trop de financement scientifique est distribué sur la base de l’inertie. Au cours du siècle dernier, la physique des particules est devenue une grande communauté très influente et bien connectée. Ils continueront à construire de plus gros collisionneurs de particules aussi longtemps qu’ils le pourront, simplement parce que c’est ce que font les physiciens des particules, que cela ait du sens ou non.
Il est temps que la société adopte une approche plus éclairée pour financer de grands projets scientifiques que de continuer à donner de l’argent à ceux à qui ils ont déjà donné de l’argent. Nous avons de plus gros problèmes que de mesurer le chiffre suivant sur la masse du boson de Higgs.