Un arrêt stratégique pour le colosse de Genève
Comme le rapporte l’article source, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), l’accélérateur de particules le plus puissant au monde, interrompt ses activités ce lundi pour une période de quatre ans. Cette fermeture stratégique est destinée à permettre la réalisation de travaux de rénovation majeurs. Ces derniers visent à augmenter de manière spectaculaire la capacité de collision de la machine et à maximiser son potentiel pour percer l’un des plus grands mystères de l’univers : la matière noire.
Cette installation scientifique colossale se présente sous la forme d’un tunnel circulaire de 27 kilomètres (17 milles) destiné à fracasser des protons. Le dispositif est situé au cœur du laboratoire européen de physique, le CERN, près de Genève. L’infrastructure serpente à environ 100 mètres (330 pieds) sous la zone frontalière franco-suisse, où de puissants aimants supraconducteurs et des structures d’accélération propulsent les particules à des énergies extrêmes avant de les faire entrer en collision à des vitesses phénoménales.
Ce célèbre dispositif, mondialement connu pour avoir permis de prouver l’existence du boson de Higgs, souvent surnommé « la particule de Dieu », s’apprête à faire peau neuve. Une fois les travaux achevés, l’accélérateur amélioré portera le nouveau nom de LHC à haute luminosité (HL-LHC). Le redémarrage de ses opérations est d’ores et déjà programmé pour juin 2030, avec une durée d’exploitation prévue pour environ une décennie.
Le défi technologique d’une « luminosité » décuplée
Le chef du projet HL-LHC, Markus Zerlauth, a confié aux journalistes l’importance cruciale de cette transition. « C’est un moment très important. À partir de lundi, nous entrerons dans une nouvelle phase », a-t-il déclaré, soulignant les attentes immenses de la communauté scientifique : « Nous avons encore beaucoup de questions de physique sans réponses. Il y a encore de nombreuses découvertes à faire. »
L’objectif central de cette mise à niveau ambitieuse est d’augmenter la « luminosité » — c’est-à-dire le nombre total de collisions produites sur une période donnée — par un facteur de 10 par rapport aux performances actuelles du LHC. Pour atteindre ce niveau, de nouveaux aimants supraconducteurs, capables de concentrer encore davantage les faisceaux de particules, seront installés. Une fois le système opérationnel, entre 140 et 200 collisions se produiront chaque fois que deux paquets de particules se rencontreront à l’intérieur des détecteurs du tunnel, contre une soixantaine actuellement.
Le coût total de ces améliorations de pointe est estimé à 1.2 milliard de francs suisses (1.5 milliard de dollars). Ce montant sera couvert par les cotisations des membres du CERN, associées à des contributions en nature représentant 10 à 15 pour cent du total, provenant notamment des États-Unis, du Japon, du Canada et de la Chine. Sur le plan purement technique, l’opération exigera le remplacement complet des composants sur 1.2 kilomètre (0.75 mille) de la longueur totale du tunnel de 27 kilomètres (17 milles).
L’intelligence artificielle au secours des données massives
Cette augmentation vertigineuse de la capacité de collision engendrera un défi de taille lié à la gestion de l’information numérique. Markus Zerlauth a précisé que, globalement, « l’augmentation du nombre de collisions nous permettra de collecter jusqu’à 100 fois plus de données ». Cependant, le nombre d’impacts sera si intense — s’élevant à plusieurs milliards par seconde — qu’il deviendra techniquement impossible de stocker l’intégralité des données générées.
Pour faire face à cet immense déluge d’informations, la sélection des collisions méritant d’être enregistrées devra impérativement s’effectuer en temps réel. Cette mission complexe d’écrémage sera confiée à des systèmes d’intelligence artificielle (IA) rigoureusement entraînés et capables d’identifier les événements les plus prometteurs pour la recherche fondamentale.
Malgré cette automatisation indispensable, le rôle de la machine possède des limites strictes. « L’IA ne remplace pas les physiciens », a insisté Nedaa-Alexandra Asbah, chercheuse en physique rattachée à l’expérience ATLAS du CERN, un projet qui a directement contribué à la découverte du boson de Higgs à l’aide du LHC. Elle ajoute pour clarifier son propos : « C’est un outil puissant qui nous aide à faire un meilleur usage des données. »
Explorer les dimensions cachées et la composition de l’univers
L’objectif ultime du futur HL-LHC est d’approfondir les connaissances fondamentales de l’humanité, ce qui constitue la mission première du CERN. Filip Moortgat, coordinateur des opérations pour CMS (un détecteur spécifique du LHC conçu pour explorer un très large éventail de domaines physiques, incluant la recherche d’autres dimensions et la traque des particules de matière noire), a résumé cette ambition de façon directe : « Nous voulons chercher de nouvelles particules. »
La quête est vertigineuse lorsqu’on observe la répartition de la matière à l’échelle cosmique. Selon la communauté scientifique, la matière ordinaire, qui englobe les étoiles, les gaz, la poussière, les planètes et l’ensemble de ce qui s’y trouve, ne représente que 5 pour cent de la composition totale de l’univers.
Le reste du cosmos est supposé être constitué de 27 pour cent de matière noire et de 68 pour cent d’énergie noire. Ces deux composantes massives demeurent invisibles, et les scientifiques n’ont pas encore réussi à les détecter ni à les observer directement. Le nouvel équipement espère pouvoir lever une partie de ce voile énigmatique au cours de la prochaine décennie.
Le boson de Higgs et les indices ultimes du Big Bang
L’installation actuelle a déjà solidement marqué l’histoire des sciences. La découverte retentissante du boson de Higgs en 2012 a fourni une pièce fondamentale du puzzle de la physique moderne. Cette avancée majeure a considérablement élargi la compréhension scientifique de la manière dont les particules acquièrent une masse, un exploit intellectuel qui a valu aux physiciens Peter Higgs et François Englert d’être couronnés par le prix Nobel de physique en 2013.
Une fois les vastes travaux de mise à niveau terminés, le CERN espère étendre de façon spectaculaire sa compréhension des mécanismes internes régissant cette fameuse « particule de Dieu ». Le nouveau HL-LHC devrait ainsi produire environ 380 millions de bosons de Higgs au cours de son existence, un bond phénoménal en comparaison aux 55 millions d’unités détectées depuis le début des opérations initiales du LHC en 2008.
L’espoir principal du laboratoire, tel que le décrit Nedaa-Alexandra Asbah, est de réussir à produire deux bosons de Higgs simultanément — ce qui représenterait une première absolue — et de pouvoir observer leurs interactions directes. Une telle observation, a-t-elle expliqué avec conviction, « pourrait fournir des indices sur la façon dont notre univers a évolué peu après le Big Bang. »
Selon la source : phys.org
Le plus puissant accélérateur de particules au monde s’arrête quatre ans pour traquer la matière noire
