Au terme de plusieurs années de travail intense, le CERN et des partenaires internationaux ont achevé une étude visant à évaluer la faisabilité d’un éventuel Futur collisionneur circulaire (FCC). Reflétant l’expertise de plus d'un millier de physiciens et d’ingénieurs à travers le monde, le rapport présente une vue d’ensemble des différents aspects liés à l’éventuelle réalisation d’un tel projet.

Le FCC est un projet de collisionneur de particules d’une circonférence d’environ 91 km qui pourrait succéder, dans les années 2040, à l’actuelle machine phare du CERN, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), d’une circonférence de 27 km. La motivation du FCC sur le plan scientifique trouve sa source dans la découverte, en 2012, du boson de Higgs, et dans d’autres questions cruciales encore irrésolues de la physique fondamentale.

Le boson de Higgs est la plus simple et la plus déroutante particule découverte à ce jour. Ses propriétés ont des implications considérables pour notre existence. Il est lié au mécanisme qui a permis aux particules élémentaires, telles que les électrons, d’acquérir une masse une fraction de nanoseconde après le Big Bang. Sans lui, il n’y aurait pas d’atomes et la matière n’aurait donc pas de structure. Il pourrait également être lié au destin de l’Univers et est susceptible d’apporter des réponses à des énigmes que la physique moderne ne parvient pas encore à élucider.

Comme le décrit le rapport relatif à l’étude de faisabilité, le programme de recherche du FCC prévoit deux phases possibles, avec, dans un premier temps, un collisionneur électron-positon, servant d’usine à Higgs, production électrofaible et quarks top, et fonctionnant à différentes énergies dans le centre de masse, puis, dans une deuxième phase, un collisionneur proton-proton, fonctionnant à une énergie de collision sans précédent de l’ordre de 100 TeV. Les programmes de physique complémentaires prévus pour chaque phase correspondent aux grandes priorités définies dans la mise à jour 2020 de la stratégie européenne pour la physique des particules.

Le rapport aborde un large éventail d’aspects liés à l’éventuelle réalisation d’un tel projet : objectifs de physique, géologie, génie civil, infrastructure technique, dimensions territoriale et environnementale, besoins en R&D pour les accélérateurs et les détecteurs, avantages socio-économiques et coût, et bien d’autres aspects.

Le coût de la construction du collisionneur électron-positon (première phase du FCC), y compris le tunnel et l’ensemble de l’infrastructure, est estimé à 15 milliards de francs suisses. Cet investissement, qui serait réparti sur une période d’environ 12 ans à partir du début des années 2030, comprend le génie civil, les infrastructures techniques, les accélérateurs d’électrons et de positons et quatre détecteurs. Comme ce fut le cas pour la construction du LHC, la majeure partie du financement proviendrait du budget annuel ordinaire du CERN.

Le CERN s’est engagé à ce que tout nouveau projet du Laboratoire soit un modèle d’infrastructure de recherche durable, en intégrant les principes d’écoconception à chaque phase du projet : conception, construction, exploitation et démantèlement. Le rapport détaille les concepts et les pistes visant à maintenir à un faible niveau l’empreinte environnementale du FCC, tout en favorisant le développement de nouvelles technologies au service de la société et en créant des synergies territoriales, telles que la réutilisation de l’énergie.

L’étude de faisabilité du FCC a notamment accordé une grande place à la configuration et à l’emplacement de l’anneau du collisionneur et de l’infrastructure associée, qui ont été étudiés avec soin afin de maximiser les résultats scientifiques tout en tenant compte de la compatibilité territoriale, des contraintes environnementales et de construction, et du coût. Pas moins de 100 scénarios ont été élaborés et analysés avant qu’une option soit privilégiée : un anneau d’une circonférence de 90,7 km, à une profondeur moyenne de 200 m, avec huit sites en surface et quatre expériences.

Durant tout le processus suivi pour l’étude de faisabilité, le CERN a été accompagné par ses deux États hôtes, la France et la Suisse, qui ont travaillé avec des entités aux niveaux local, régional et national. Des actions encourageant les échanges avec le public sont en préparation, conformément aux cadres respectifs des États hôtes, de manière à garantir un dialogue constructif avec les parties prenantes des différents territoires.

Le rapport, qui ne prévoit aucun engagement de la part des États membres et des États membres associés du CERN à construire le FCC, sera examiné par divers organes d’experts indépendants, puis par le Conseil du CERN lors d’une réunion prévue à cet effet en novembre 2025. Le Conseil pourrait prendre une décision aux environs de 2028 sur la poursuite ou non du projet FCC.

Les collisionneurs de particules jouent un rôle très spécifique dans les études de physique. Ils suscitent également le développement de technologies inédites dans de nombreux domaines pertinents pour la société : matériaux supraconducteurs à des fins d’applications médicales, recherche sur l’énergie de fusion, transport de l’électricité, accélérateurs et détecteurs de pointe, entre autres.

L’étude de faisabilité du FCC a été lancée pour faire suite aux recommandations de la mise à jour 2020 de la stratégie européenne pour la physique des particules, et servira de contribution au processus de mise à jour de la stratégie, actuellement en cours, aux côtés d’études d’autres projets proposés par la communauté scientifique.

Plus d'informations : 

• Future Circular Collider Feasibility Study Report Volume 1: Physics and Experiments est là
• Future Circular Collider Feasibility Study Report Volume 2: Accelerators, technical infrastructure and safety est là
• Future Circular Collider Feasibility Study Report Volume 3: Civil Engineering, Implementation and Sustainability est là
• Kit numérique pour les médias à propos de l'étude de faisabilité FCC est là.