Le plus grand accélérateur de particules au monde s'apprête à faire une longue pause. Après des années à faire se percuter des protons, le Large Hadron Collider (LHC) entre dans un arrêt programmé de quatre ans. Mais attention: ce n'est pas une simple sieste, c'est une métamorphose complète. À son réveil en 2030, il deviendra le High-Luminosity LHC, capable de produire dix fois plus de collisions. De quoi ouvrir la voie à des découvertes capitales sur la matière noire et l'antimatière.
Pourquoi cette transformation ? L'objectif principal est d'augmenter la luminosité, c'est-à-dire le nombre de collisions par seconde. Avec davantage de données, les physiciens pourront étudier des événements rares et tester des théories avec une précision inédite. Par exemple, le boson de Higgs, découvert en 2012, sera produit en quantités bien plus importantes: environ 380 millions d'unités sur la décennie à venir, contre 55 millions jusqu'à présent. Ces données pourraient aider à résoudre les lacunes du Modèle Standard.
Au LHC, des aimants courbent les protons sur un anneau de 27 km, construit sous la frontière franco-suisse.
Crédit: CERN Ce n'est pas la première fois que le LHC s'arrête pour une longue période. La première interruption, en 2013, a permis de consolider les connexions entre les aimants supraconducteurs et d'augmenter l'énergie des faisceaux. La deuxième, de 2018 à 2022, a consisté en une série d'améliorations et de remplacements. Aujourd'hui, Long Shutdown 3 (LS3) verra le remplacement de 1,2 kilomètre d'aimants et de composants. Des milliers d'ingénieurs, physiciens et techniciens sont mobilisés.
Le chantier technique est colossal. Jean-Philippe Tock, coordinateur du LS3, a indiqué que ce projet représente une entreprise logistique et d'ingénierie immense. Pendant ce temps, les chercheurs continueront d'analyser les données déjà collectées. Une fois opérationnel, le HiLumi LHC fonctionnera jusqu'aux années 2040, après quoi un nouvel accélérateur encore plus puissant pourrait le remplacer.
Les retombées scientifiques pourraient être considérables. Avec davantage de bosons de Higgs et d'autres particules, les physiciens pourront sonder les limites du Modèle Standard. Ce dernier ne parvient pas à expliquer la matière noire ni l'énergie sombre, qui constituent pourtant la majeure partie de l'Univers. Peut-être que le HiLumi LHC révélera de nouvelles particules ou interactions capables de combler ces lacunes.
Au-delà de la recherche fondamentale, les technologies développées pour cette mise à niveau trouvent des applications dans la vie quotidienne. Des instruments issus du CERN sont déjà utilisés en imagerie médicale, dans des capteurs ou pour la restauration d'œuvres d'art. Cette période de fermeture est aussi une occasion d'innovation et de transfert de connaissances.