Le LHC a joué un rôle clé dans le développement des aimants supraconducteurs - l'une des technologies les plus influentes à découler de la recherche et du développement des accélérateurs. Ces aimants sont utiles pour les développements technologiques liés à l'énergie, le transport et la technologie médicale, soit des applications bien au-delà du domaine de la physique des hautes énergies.
La physique des hautes énergies et les aimants supraconducteurs
À basse température, certains matériaux deviennent supraconducteurs. Les fils électriques supraconducteurs peuvent conduire 100 fois le courant d'un fil traditionnel et sont au cœur des puissants aimants supraconducteurs du LHC, dont le champ magnétique dirige le faisceau de particules autour de l'anneau de l'accélérateur.
Des programmes de recherche et développement (R&D) de grande envergure comme le LHC, qui s'étendent sur des décennies, sont déterminants pour développer et faire mûrir ce type de technologie. Les prochaines avancées dans le domaine des aimants haut champ seront utiles à la fois aux projets du CERN tels que le LHC haute luminosité (HL-LHC) et l'étude du futur collisionneur circulaire (FCC), et pourraient aussi être appliqués dans d’autres domaines, comme l'imagerie du cerveau humain.
Des aimants pour la neuro-imagerie
D'autres disciplines s'intéressent également à la R&D pour les nouveaux aimants haut champ. Ils font partie intégrante de la technologie de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN).
Neurospin, un centre de recherche situé près de Paris, mis en place par le Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), étudie les applications d'aimants haut champ pour l'imagerie cérébrale, dite aussi neuro-imagerie. Ces nouvelles technologies ouvrent une nouvelle fenêtre dans notre compréhension du cerveau humain – ce qui constitue un défi scientifique pour le 21e siècle.
La neuro-imagerie peut nous aider à comprendre ce qui se passe dans le cerveau après un AVC, avec le vieillissement, et même aider en psychiatrie et pour l’étude des troubles mentaux. À mesure que notre compréhension du cerveau évolue, les progrès en neuro-imagerie pourraient également contribuer au développement de nouvelles interfaces ordinateur-cerveau, qui pourraient traduire l'activité cérébrale mesurée en pensées et pourrait s’assimiler à une technologie pour « lire dans les pensées ».
L’avenir des aimants haut champ
Les aimants haut champ ont un potentiel énorme pour la neurotechnologie, la physique des hautes énergies et d'autres industries, ce qui signifie qu'il y a une forte incitation à la R&D collaborative. En janvier 2015, un groupe de travail appelé FuSuMaTech (pour Future Superconducting Magnet Technology ou technologie future des aimants supraconducteurs) a été créé entre le CERN et le CEA pour explorer les applications des aimants haut champ. Le but étant de rendre la technologie plus accessible au marché et identifier les synergies potentielles entre le CERN, d’autres partenaires académiques, les laboratoires de neuro-imagerie comme Neurospin et l'industrie européenne. Le HL-LHC et le FCC offrent donc aux laboratoires externes au CERN, une opportunité pour développer la technologie européenne d'aimant supraconducteur dans la prochaine décennie. Ensemble, douze partenaires actuels envisagent le programme européen Horizon 2020 FET (pour Future and Emerging Technologies ou Technologies Futures et Emergentes) comme une opportunité pour continuer à explorer les synergies en étroite collaboration avec l'industrie européenne de pointe des aimants supraconducteurs.
Le HL-LHC a pour objectif de remplacer les aimants actuels de 8 Tesla (T) du LHC avec des aimants de 13T. Dans un futur plus lointain, l'étude du FCC considère les différentes conceptions de collision circulaire pour l'ère post-LHC. Le FCC aura lui besoin d’aimants atteignant 16T ou même 20T selon sa conception. Ces aimants haut champ permettraient à ces futurs collisionneurs d'atteindre des énergies plus élevées et des luminosités sans précédent, permettant une exploration plus approfondie des lois fondamentales de la nature.
Pour en savoir plus, rendez-vous au prochain séminaire du CERN sur le transfert de connaissances: « Du proton au cerveau humain », le 9 décembre 2016, donné par le Professeur Denis Le Bihan, directeur de Neurospin.