Dans les profondeurs de la frontière franco-suisse, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a révolutionné notre compréhension de l’univers depuis son démarrage en 2008. Mais dès 2030, une version bien plus puissante prendra le relais : le LHC à haute luminosité (HL-LHC). Cette mise à jour majeure promet d’ouvrir une nouvelle ère de découvertes en physique fondamentale.
Qu’est-ce que le HL-LHC ?
Le HL-LHC n’est pas un nouvel accélérateur, mais une transformation profonde du LHC existant. Le concept clé est la « luminosité » – une mesure du nombre de collisions produites. Le HL-LHC multipliera par cinq à sept la luminosité du LHC actuel, permettant aux expériences de collecter environ dix fois plus de données sur la période 2030-2040 que depuis le début des opérations.
Pour y parvenir, le CERN entreprend des modifications technologiques ambitieuses :
– Installation d’aimants supraconducteurs plus puissants et compacts
– Nouveaux composants de focalisation des faisceaux utilisant des « cavités-crabe »
– Améliorations majeures des systèmes de vide et de refroidissement
– Rénovation complète des détecteurs ATLAS et CMS pour résister à des conditions extrêmes
Les enjeux scientifiques
Cette augmentation de performance vise à explorer des territoires inconnus de la physique :
– Étude fine du boson de Higgs : Avec des centaines de millions de bosons de Higgs produits (contre des dizaines de millions actuellement), les physiciens pourront étudier ses propriétés avec une précision inégalée et vérifier si son comportement correspond précisément aux prédictions du Modèle Standard.
– Recherche de nouvelle physique : Le HL-LHC augmentera considérablement les chances de découvrir des particules supersymétriques, des dimensions supplémentaires, ou d’autres phénomènes au-delà du Modèle Standard.
– Mystère de la matière noire : En produisant davantage de collisions, le HL-LHC pourrait créer des particules de matière noire ou révéler des indices sur sa nature.
– Asymétrie matière-antimatière : Des études plus précises des différences entre matière et antimatière pourraient expliquer pourquoi l’univers est principalement constitué de matière.
Défis technologiques
Le projet représente un défi d’ingénierie colossal. Les aimants supraconducteurs utiliseront un nouveau composé (le Nb₃Sn) permettant des champs magnétiques plus intenses. Les détecteurs devront résister à des radiations extrêmes et traiter des données à des débits sans précédent, nécessitant des avancées en intelligence artificielle et en informatique quantique pour l’analyse.
Une collaboration mondiale
Le HL-LHC mobilise une collaboration internationale de plus de 1 200 scientifiques et ingénieurs de 70 institutions dans 30 pays. Le projet, d’un coût estimé à 1,2 milliard d’euros (hors main-d’œuvre), représente un investissement majeur dans la science fondamentale.
Perspectives
Le HL-LHC devrait fonctionner jusqu’aux environs de 2040, servant de pont vers la prochaine génération de collisionneurs (comme le Futur collisionneur circulaire envisagé au CERN). Il maintiendra l’Europe à la pointe de la physique des particules pour les décennies à venir.
Alors que le LHC a confirmé l’existence du boson de Higgs, le HL-LHC nous permettra peut-être de comprendre pourquoi cette particule existe et découvrir ce qui constitue 95% de l’univers qui reste aujourd’hui inexpliqué. La quête pour déchiffrer les lois fondamentales de la nature entre ainsi dans une nouvelle phase, prometteuse et excitante.
En 2030, sous les Alpes, une machine transformée continuera de repousser les frontières de la connaissance humaine, perpétuant l’aventure scientifique la plus ambitieuse de notre temps.
