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Le schéma technique du futur accélérateur de particules international a été présenté à Pékin. Coût estimé : 5,5 milliards d'euros.
Alors que le tout nouvel accélérateur du Cern, le LHC, n'a pas encore fait tourner ses premiers protons, les physiciens des particules se sont déjà mis d'accord sur la conception de la machine qui lui succédera, au plus tôt en 2016. À Pékin cette semaine, les membres du groupe de conception de l'ILC (collisionneur linéaire international, en anglais), ont révélé les plans d'une installation gigantesque, 31 km de long dans des tunnels à 100 mètres sous terre, d'un budget total estimé à 5,5 milliards d'euros. L'ILC fera rentrer en collision à des vitesses proches de celle de la lumière des électrons et leurs antiparticules, des positrons, pour recréer des conditions extrêmes qui n'ont existé que quelques milliardièmes de secondes après le big bang.
Le projet est tellement ambitieux que les études menées en parallèle en Europe, aux États-Unis et au Japon ont fusionné dès l'été 2004, en reprenant l'option technologique franco-allemande pour accélérer les particules. Après deux années de travail pour définir l'architecture définitive du projet, la présentation faite à Pékin est une preuve du succès de cette démarche. Malgré la dimension mondiale du projet, les physiciens ont été obligés de faire des efforts pour maintenir les coûts à des niveaux raisonnables. La taille initiale de la machine ne sera ainsi « que » de 31 km, pour atteindre une énergie de collision de 500 milliards d'électronvolts (500 GeV). Dans une deuxième phase, l'installation pourra être étendue à 50 kilomètres et les énergies à 1 000 GeV. Un tiers du coût de construction est représenté par les efforts de génie civil (creusement du tunnel à 100 mètres sous terre avec des puits d'accès, liaison au réseau électrique...). Des coûts qui ont d'ailleurs été considérés comme équivalents quel que soit le site définitif qui sera choisi, aux États-Unis dans l'Illinois près de l'actuel Fermilab, en Suisse près du Cern à Genève ou au Japon.
L'architecture choisie, deux accélérateurs linéaires qui se font face, plutôt qu'un accélérateur en anneau comme au Cern, n'est pas une surprise. Aux niveaux d'énergie recherchés, « il est impossible de faire tourner les électrons sans avoir trop de pertes », explique Guy Wormser, directeur du laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) d'Orsay, présent à Pékin pour les travaux de l'ILC. Les électrons et les positrons sont très légers, et ils perdent de l'énergie par rayonnement synchrotron quand on courbe leur trajectoire. Cet effet de perte était acceptable au Cern pour le précédent accélérateur d'électron, le LEP, mais il ne l'est plus pour l'ILC.
16 000 cavités superconductrices
Au lieu d'accélérer les particules un petit peu plus à chaque tour de circuit dans l'anneau, il faut désormais leur fournir une très grande énergie sur une seule ligne droite. Ce sera le rôle de 16 000 cavités superconductrices au niobium, refroidies à - 271 °C. Ces tubes métalliques complexes ont été développés au laboratoire allemand Desy, avec la collaboration du CEA à Saclay, du LAL et de l'Institut de physique nucléaire, tous deux à Orsay.
D'une manière surprenante au premier abord, l'énergie de collision du futur ILC (500 GeV) sera inférieure à ce que va produire le LHC au Cern (14 TeV, ou 14 milliards d'électronvolts), qui rentre en service à la fin de l'année. Cela est dû au fait que le LHC accélère des particules lourdes, et composites, des protons, alors que les électrons et positrons sont des particules élémentaires, presque 2 000 fois plus légères qu'un proton. Au LHC, les énergies considérables seront partagées entre les différents quarks, antiquarks et gluons qui composent chaque proton. Alors que dans l'ILC, chaque électron ou positron percutera son vis-à-vis à pleine énergie. En fait, les collisions du LHC et de l'ILC permettront de créer les mêmes particules, comme par exemple le très attendu boson de Higgs, responsable de la masse de toutes les autres particules. Autre espoir, celui de découvrir des traces de possibles particules supersymétriques. « Le LHC, grâce à ses très hautes énergies, est une machine de découverte, alors que l'ILC qui lui succédera sera une machine de mesures fines », explique Guy Wormser. L'ILC sera capable de préciser les propriétés des particules entrevues précédemment au LHC. Les résultats du LHC, attendus en 2010, devraient donner aux scientifiques d'excellents arguments pour que les responsables politiques acceptent de financer l'ILC.
Par Le figaro
Alors que le tout nouvel accélérateur du Cern, le LHC, n'a pas encore fait tourner ses premiers protons, les physiciens des particules se sont déjà mis d'accord sur la conception de la machine qui lui succédera, au plus tôt en 2016. À Pékin cette semaine, les membres du groupe de conception de l'ILC (collisionneur linéaire international, en anglais), ont révélé les plans d'une installation gigantesque, 31 km de long dans des tunnels à 100 mètres sous terre, d'un budget total estimé à 5,5 milliards d'euros. L'ILC fera rentrer en collision à des vitesses proches de celle de la lumière des électrons et leurs antiparticules, des positrons, pour recréer des conditions extrêmes qui n'ont existé que quelques milliardièmes de secondes après le big bang.
Le projet est tellement ambitieux que les études menées en parallèle en Europe, aux États-Unis et au Japon ont fusionné dès l'été 2004, en reprenant l'option technologique franco-allemande pour accélérer les particules. Après deux années de travail pour définir l'architecture définitive du projet, la présentation faite à Pékin est une preuve du succès de cette démarche. Malgré la dimension mondiale du projet, les physiciens ont été obligés de faire des efforts pour maintenir les coûts à des niveaux raisonnables. La taille initiale de la machine ne sera ainsi « que » de 31 km, pour atteindre une énergie de collision de 500 milliards d'électronvolts (500 GeV). Dans une deuxième phase, l'installation pourra être étendue à 50 kilomètres et les énergies à 1 000 GeV. Un tiers du coût de construction est représenté par les efforts de génie civil (creusement du tunnel à 100 mètres sous terre avec des puits d'accès, liaison au réseau électrique...). Des coûts qui ont d'ailleurs été considérés comme équivalents quel que soit le site définitif qui sera choisi, aux États-Unis dans l'Illinois près de l'actuel Fermilab, en Suisse près du Cern à Genève ou au Japon.
L'architecture choisie, deux accélérateurs linéaires qui se font face, plutôt qu'un accélérateur en anneau comme au Cern, n'est pas une surprise. Aux niveaux d'énergie recherchés, « il est impossible de faire tourner les électrons sans avoir trop de pertes », explique Guy Wormser, directeur du laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) d'Orsay, présent à Pékin pour les travaux de l'ILC. Les électrons et les positrons sont très légers, et ils perdent de l'énergie par rayonnement synchrotron quand on courbe leur trajectoire. Cet effet de perte était acceptable au Cern pour le précédent accélérateur d'électron, le LEP, mais il ne l'est plus pour l'ILC.
16 000 cavités superconductrices
Au lieu d'accélérer les particules un petit peu plus à chaque tour de circuit dans l'anneau, il faut désormais leur fournir une très grande énergie sur une seule ligne droite. Ce sera le rôle de 16 000 cavités superconductrices au niobium, refroidies à - 271 °C. Ces tubes métalliques complexes ont été développés au laboratoire allemand Desy, avec la collaboration du CEA à Saclay, du LAL et de l'Institut de physique nucléaire, tous deux à Orsay.
D'une manière surprenante au premier abord, l'énergie de collision du futur ILC (500 GeV) sera inférieure à ce que va produire le LHC au Cern (14 TeV, ou 14 milliards d'électronvolts), qui rentre en service à la fin de l'année. Cela est dû au fait que le LHC accélère des particules lourdes, et composites, des protons, alors que les électrons et positrons sont des particules élémentaires, presque 2 000 fois plus légères qu'un proton. Au LHC, les énergies considérables seront partagées entre les différents quarks, antiquarks et gluons qui composent chaque proton. Alors que dans l'ILC, chaque électron ou positron percutera son vis-à-vis à pleine énergie. En fait, les collisions du LHC et de l'ILC permettront de créer les mêmes particules, comme par exemple le très attendu boson de Higgs, responsable de la masse de toutes les autres particules. Autre espoir, celui de découvrir des traces de possibles particules supersymétriques. « Le LHC, grâce à ses très hautes énergies, est une machine de découverte, alors que l'ILC qui lui succédera sera une machine de mesures fines », explique Guy Wormser. L'ILC sera capable de préciser les propriétés des particules entrevues précédemment au LHC. Les résultats du LHC, attendus en 2010, devraient donner aux scientifiques d'excellents arguments pour que les responsables politiques acceptent de financer l'ILC.
Par Le figaro