Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est une merveille de la physique des particules moderne qui a permis aux chercheurs de sonder les profondeurs de la réalité. Ses origines remontent à 1977, lorsque Sir John Adams, l'ancien directeur de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), a suggéré de construire un tunnel souterrain pouvant accueillir un accélérateur de particules capable d'atteindre des énergies extraordinairement élevées, selon un Document d'histoire 2015 du physicien Thomas Schörner-Sadenius.
Le projet a été officiellement approuvé vingt ans plus tard, en 1997, et la construction a commencé sur un anneau de 27 km de long qui passait sous la frontière franco-suisse, capable d'accélérer les particules jusqu'à 99,99% de la vitesse de la lumière et de les briser. ensemble. À l'intérieur de l'anneau, 9 300 aimants guident les paquets de particules chargées dans deux directions opposées à une vitesse de 11 245 fois par seconde, pour finalement les rapprocher pour une collision frontale. L'installation est capable de créer environ 600 millions de collisions chaque seconde, dégageant des quantités incroyables d'énergie et, de temps en temps, une particule lourde exotique et jamais vue auparavant. Le LHC fonctionne à des énergies 6,5 fois plus élevées que le précédent accélérateur de particules détenant des records, le Tevatron déclassé de Fermilab aux États-Unis.
La construction du LHC a coûté au total 8 milliards de dollars, dont 531 millions de dollars aux États-Unis. Plus de 8 000 scientifiques de 60 pays différents collaborent à ses expériences. L'accélérateur a allumé ses faisceaux pour la première fois le 10 septembre 2008, entrant en collision avec des particules à seulement un dix millionième de son intensité de conception d'origine.
Avant de commencer ses opérations, certains craignaient que le nouveau briseur d'atomes ne détruise la Terre, peut-être en créant un trou noir dévorant. Mais tout physicien réputé affirmerait que de telles inquiétudes ne sont pas fondées.
"Le LHC est sûr, et toute suggestion qu'il pourrait présenter un risque est une pure fiction", a déclaré le directeur général du CERN, Robert Aymar, à LiveScience dans le passé.
Cela ne veut pas dire que l'installation ne pourrait pas être dangereuse si elle était utilisée de manière incorrecte. Si vous vous enfonçiez la main dans le faisceau, qui concentre l'énergie d'un porte-avions en mouvement sur une largeur inférieure à un millimètre, cela ferait un trou à travers et le rayonnement dans le tunnel vous tuerait.
Recherche révolutionnaire
Au cours des 10 dernières années, le LHC a brisé des atomes pour ses deux principales expériences, ATLAS et CMS, qui exploitent et analysent leurs données séparément. Il s'agit de s'assurer qu'aucune collaboration n'influence l'autre et que chacun vérifie l'expérience de sa sœur. Les instruments ont généré plus de 2 000 articles scientifiques sur de nombreux domaines de la physique fondamentale des particules.
Le 4 juillet 2012, le monde scientifique a regardé avec haleine les chercheurs du LHC annoncer la découverte du boson de Higgs, la dernière pièce du puzzle d'une théorie vieille de cinq décennies appelée le modèle standard de la physique. Le modèle standard essaie de tenir compte de toutes les particules et forces connues (sauf la gravité) et de leurs interactions. En 1964, le physicien britannique Peter Higgs a écrit un article sur la particule qui porte maintenant son nom, expliquant comment la masse se forme dans l'univers.
Le Higgs est en fait un champ qui imprègne tout l'espace et traîne sur chaque particule qui le traverse. Certaines particules pénètrent plus lentement dans le champ, ce qui correspond à leur plus grande masse. Le boson de Higgs est une manifestation de ce domaine que les physiciens recherchaient depuis un demi-siècle. Le LHC a été explicitement construit pour finalement capturer cette carrière insaisissable. Finalement, constatant que le Higgs avait 125 fois la masse d'un proton, Peter Higgs et le physicien théoricien belge François Englert ont reçu le prix Nobel en 2013 pour avoir prédit son existence.
Même avec le Higgs en main, les physiciens ne peuvent pas se reposer car le modèle standard a encore quelques trous. D'une part, il ne traite pas de la gravité, qui est principalement couverte par les théories de la relativité d'Einstein. Cela n'explique pas non plus pourquoi l'univers est fait de matière et non d'antimatière, qui aurait dû être créée en quantités à peu près égales au début des temps. Et il est entièrement silencieux sur la matière noire et l'énergie noire, qui n'avaient pas encore été découvertes lors de sa création.
Avant que le LHC ne s'allume, de nombreux chercheurs auraient dit que la prochaine grande théorie est celle connue sous le nom de supersymétrie, qui ajoute des partenaires jumeaux similaires mais beaucoup plus massifs à toutes les particules connues. Un ou plusieurs de ces partenaires lourds auraient pu être un candidat parfait pour les particules constituant la matière noire. Et, la supersymétrie commence à maîtriser la gravité, expliquant pourquoi elle est tellement plus faible que les trois autres forces fondamentales. Avant la découverte de Higgs, certains scientifiques espéraient que le boson finirait par être légèrement différent de ce que le modèle standard avait prédit, faisant allusion à une nouvelle physique.
Mais lorsque le Higgs est apparu, c'était incroyablement normal, exactement dans la plage de masse où le modèle standard l'avait annoncé. Bien que ce soit une grande réussite pour le modèle standard, cela a laissé les physiciens sans bonnes pistes pour continuer. Certains ont commencé à parler des décennies perdues à traquer les théories qui sonnaient bien sur le papier mais qui ne semblent pas correspondre aux observations réelles. Beaucoup espèrent que les prochaines prises de données du LHC contribueront à éclaircir une partie de ce gâchis.
Le LHC a fermé ses portes en décembre 2018 pour subir deux années de mises à niveau et de réparations. Quand il reviendra en ligne, il pourra briser des atomes avec une légère augmentation d'énergie mais au double du nombre de collisions par seconde. Ce qu'il trouvera alors, c'est la supposition de n'importe qui. On parle déjà d'un accélérateur de particules encore plus puissant pour le remplacer, situé dans la même zone mais quatre fois la taille du LHC. L'énorme remplacement pourrait prendre 20 ans et 27 milliards de dollars à construire.
