Le grand collisionneur de hadrons souffle ses 10 bougies

Vue aérienne du LHC à cheval sur la frontière franco-suisse, avec le lac Léman et les Alpes en arrière-plan. Maximilien Brice/CERN

Les protons et les bouchons de champagne explosaient aux portes de Genève il y a dix ans, alors que les scientifiques célébraient une nouvelle ère de la physique des particules. Retour sur le lancement réussi du Grand collisionneur de hadrons (LHC) et les étapes clés de la plus grande expérience scientifique de l'histoire.

 Le 10 septembre 2008, le LHCLien externe, le plus puissant accélérateur de particules au monde, est mis en service au CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) et un premier faisceau de protons tourne avec succès dans l’anneau de 27 kilomètres bardé d’aimants supraconducteurs, enfoui à 100 mètres sous terre, au-dessous de la frontière franco-suisse.

Il s’agit d’une réalisation marquante pour les milliers de scientifiques, d’ingénieurs et de techniciens qui ont passé des décennies à planifier et à construire cette machine souterraine colossale. Sa raison d’être est de percer les secrets de la physique moderne en remontant aux origines de l’univers, l’accélérateur permettant de le recréer quelques instants après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années.

L’installation qui a couté près de 10 milliards de francs suisses connaît toutefois un démarrage difficile. Quelques jours seulement après son inauguration, le programme est suspendu à la suite de la surchauffe d’une épissure électrique mal soudée, causant des dommages considérables à certaines parties du collisionneur. Après 40 millions de francs de réparations, la machine redémarre en novembre 2009, rattrapant rapidement le temps perdu.

Dans le gigantesque collisionneur, des protons à haute énergie se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière en deux faisceaux opposés. C’est leur collision qui focalise l’attention des scientifiques et les particules exotiques qui peuvent en sortir à l’aide d’énormes détecteurs.

Au cours des années suivantes, le LHC fonctionne sans à-coups, montant lentement en puissance et en nombre de collisions de particules, fournissant aux scientifiques des données précieuses.

Arrive 2012, une année décisive. Le 4 juillet, les scientifiques annoncent disposer de preuves robustes de l’existence d’une nouvelle particule: le boson de Higgs. C’est le pivot de la théorie de la physique des particules au moment du Big Bang, censé donner de la masse aux autres objets et créatures de l’univers.

La découverte du boson de Higgs marque l’aboutissement de décennies de recherche scientifique. Deux scientifiques – l’anglais Peter Higgs et le belge François Englert – ont reçu le prix Nobel de physique pour leurs travaux sur la théorie du boson de Higgs. Mais le trouver n’est pas la fin de l’histoire, et les chercheurs doivent étudier le boson de Higgs en détail pour mesurer ses propriétés.

Afin de produire une image plus claire du monde subatomique et de phénomènes tels que la matière noire et l’énergie sombre, le LHC est régulièrement mis à niveau.

Six ans après avoir confirmé l’existence du boson de Higgs, la machine fait l’objet d’une révision de 1,2 milliard de francs pour augmenter sa «luminosité». Les faisceaux de protons seront concentrés pour décupler le nombre de collisions de particules, ce qui augmentera les chances de repérer des phénomènes inhabituels. Après la mise à niveau, le LHC sera en mesure de produire 15 millions de bosons de Higgs par an au lieu des trois millions enregistrés en 2017.

L’exploitation du LHC est prévue jusqu’en 2040. Mais le CERN pense déjà à son successeur. Les scientifiques travaillent à la conception d’une machine encore plus performante, connue sous le nom de Future Circular Collider (FCC) qui permettra de développer les recherches actuellement menées au LHC.

Le FCC pourrait avoir une circonférence de 80 à 100 kilomètres permettant d’atteindre des énergies de collision de 100 terra électronvolts (TeV). Le LHC fonctionne actuellement à 14 TeV.

Traduit de l’anglais par Frédéric Burnand