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L’avenir de la physique des particules en Europe s’esquisse

CERN and the European particle physics community have submitted a wealth of contributions to shape the future of the discipline

Computer image representing Europe and including the logo for the European particle physics strategy update.

Mardi 18 décembre a constitué une étape importante du processus de mise à jour de la stratégie européenne pour la physique des particules. La communauté de la physique des particules était invitée à soumettre avant cette date ses propositions pour l’orientation à long terme de la discipline en Europe.

Le Groupe sur la stratégie européenne, mis en place fin 2017 pour coordonner l’exercice, a ainsi reçu 157 contributions d’universités, de laboratoires, d’instituts nationaux, de collaborations ou de scientifiques, concernant principalement des projets en Europe, mais également au-delà du continent. 

Exploitant le plus puissant collisionneur de particules au monde ainsi qu’un complexe unique d’accélérateurs, le CERN a soumis avec ses instituts partenaires plusieurs contributions majeures allant d’expériences utilisant les machines actuelles à d’ambitieux projets de nouveaux collisionneurs. Ces projets doivent répondre à la kyrielle de questions toujours en suspens dans notre connaissance de la matière et de l’Univers comme la nature de la matière noire, qui constitue l’essentiel de l’Univers, ou bien l’énigme du déséquilibre entre matière et antimatière.

Déterminer la pertinence de nouveaux projets implique d’évaluer les machines existantes et les projets approuvées. Une étude d’une année impliquant des centaines de physiciens a été remise au Groupe sur la stratégie européenne : elle détaille le potentiel de physique du LHC à haute luminosité (HL-LHC). Elle fournit de précieuses données pour examiner les deux projets de collisionneurs auxquels le CERN contribue, CLIC et FCC, et qui pourraient poursuivre la quête lancée par le LHC et le HL-LHC.

Le projet CLIC (Collisionneur linéaire compact), porté par une collaboration de 75 instituts dans une trentaine de pays, vise à développer un collisionneur électron-positon à très haute énergie, avec une mise en service en trois phases à des énergies de 380 GeV, 1,5 TeV puis 3 TeV. L’étude FCC (Futur collisionneur circulaire), qui réunit 135 instituts dans 34 pays, étudie par ailleurs plusieurs scénarios de collisionneur dans un tunnel de 100 kilomètres de circonférence. Dans une première phase, le FCC pourrait faire se percuter des électrons et des positons à des énergies allant jusqu’à 365 GeV et à très haute luminosité (FCC-ee). Des machines à leptons comme le CLIC ou le FCC-ee pourront mener des études détaillées de particules cruciales pour la compréhension de la physique de l’infiniment petit, comme le boson de Higgs et le quark top, pour dévoiler notamment de nouveaux processus.

L’étude FCC porte également sur un collisionneur de hadrons (FCC-hh) d’une énergie de 100 TeV, sept fois supérieure à celle du LHC, afin d’explorer de nouveaux domaines d’énergie inaccessibles aux machines actuelles, rechercher des signes d’une nouvelle physique et poursuivre les études de particules et processus connus. L’étude FCC inclut aussi la possibilité de réaliser des collisions entre hadrons et leptons et le développement dans le tunnel existant d’une version du LHC ayant une énergie deux fois supérieure.

Plusieurs autres propositions ont été soumises avec la collaboration du CERN dans le cadre du programme de physique au-delà des collisionneurs. Lancé en 2016, ce programme entend tirer parti de l’extraordinaire potentiel du complexe d’accélérateurs et des infrastructures de recherche du CERN pour développer des projets complémentaires aux collisionneurs de haute énergie. Ces projets visent à explorer la physique au-delà du Modèle standard avec une approche différente. Vingt propositions ont ainsi été soumises allant de la recherche de matière noire à l’étude de la brisure de symétrie charge parité - qui pourrait expliquer le déséquilibre entre matière et antimatière-, en passant par des recherches sur la chromodynamique quantique. Elles entendent améliorer des expériences existantes, mettre en place de nouvelles installations sur les lignes de faisceaux du CERN ou développer de tout nouveaux concepts.

Toutes les propositions seront présentées lors d’un symposium scientifique public qui se tiendra en mai 2019 à Grenade, en Espagne. Les contributions et les discussions permettront de dessiner les orientations à long terme de la physique des particules en Europe. Ces orientations seront formalisées début 2020 dans la mise à jour de la stratégie européenne pour la physique des particules.

Plus d’informations sur la mise à jour de la stratégie européenne, lisez le communiqué de presse paru en octobre dernier.