Au CERN, l’accélérateur de particules actuel LHC, vient d’être relancé avec succès jeudi, et cela pour la dernière fois avant un arrêt de quatre ans, fin juin. L’immense chantier qui commencera alors va permettre de drastiquement augmenter ses capacités.
« Les physiciennes et physiciens sont à la fois tristes de voir s’arrêter pour une si longue période cette machine, inaugurée en 2008. Mais ils sont d’ores et déjà aussi contents, parce que derrière cette opération d’amélioration, on va redémarrer la machine avec beaucoup plus de performance », explique Rende Steereberg, l’ancien chef du Centre de contrôle et aujourd’hui chef de groupe au Département technologies, dans le 19h30 de la RTS.
Et pour comprendre l’important lifting à 1,5 milliard de francs que va subir l’accélérateur de particules, qui sera désormais nommé « High Luminosity LHC » (ou HiLumi LHC), rien de mieux qu’une visite avec son nouveau directeur depuis le 1er janvier 2026, le Britannique Mark Thomson, qui a emmené la RTS dans les galeries souterraines, à 72 mètres sous la surface, et exactement 8 mètres au-dessus du tunnel du LHC – sans que le fonctionnement de ce dernier en soit impacté.
« Ici, on construit le système de refroidissement, avec l’hélium liquide, et les équipements électriques pour alimenter les nouvelles installations », explique Mark Thomson, dans les cavernes encore largement vides, où s’affairent des ouvriers sur les équipements logistiques.
Comme un frigo
Un peu plus loin, le coordinateur technique des lieux, le Tessinois Davide Bozzini, montre un immense cylindre équipé d’une myriade de vannes: « C’est un frigo. Un peu comme le vôtre, chez vous. A la différence que celui-ci nous permet d’atteindre la température de -271,3°C, contre -4°C dans votre cuisine. Mais le principe est le même: on compresse et décompresse des gaz, en l’occurrence de l’hélium, dans le but de refroidir les nouveaux aimants de l’accélérateur. »
Des aimants qui sont testés en surface depuis lundi 23 février, dans un hangar dédié, avec un tronçon d’une centaine de mètres: « Le gros défi, c’est qu’il s’agit là de technologies totalement inédites », explique l’ingénieure industrielle espagnole Lucia Herrero Alvarez. « Ils ont été testés individuellement, mais maintenant, on veut savoir comment ils se comportent tous ensemble. »
Une fois installés sur l’anneau du LHC, ces éléments, refroidis à -271,3°C, focaliseront encore mieux les faisceaux de particules le long des 27 km de l’accélérateur, pour multiplier par 10 le nombre de collisions générées – ou accroître la luminosité, comme disent les physiciens.
230 milliards de protons
Pour les chiffres, si actuellement il y a jusqu’à 110 milliards de protons par paquet, et 2800 paquets dans chacun des deux faisceaux circulant dans les deux sens dans le LHC, avec le HiLumi LHC, il y en aura 230 milliards par paquet !
Parmi les autres défis logistiques, celui de l’approvisionnement en électricité pour faire fonctionner ces installations: « La consommation d’électricité de HiLumi LHC sera effectivement un peu plus importante que celle du LHC, mais les gains permis en terme collisions et donc de sciences seront largement supérieurs », répond Mark Thomson. Autrement dit, selon lui, le jeu en vaut largement la chandelle.
Le boson de Higgs dans le viseur
Parmi les intentions liées à cet immense chantier: étudier plus à fond le boson de Higgs, la fameuse particule découverte en 2012, qui a valu le Prix Nobel aux physiciens britannique Peter Higgs et belge François Englert qui avaient postulé son existence (avec leur collègue Robert Brout, décédé), afin d’expliquer comment les particules acquièrent une masse, et qui suscite encore beaucoup de curiosité.
« Elle est hors norme par rapport à tout ce qu’on connaît », souligne Mark Thomson. « Ses propriétés sont très bizarres. Il y a quelque chose de très spécial dans cette particule. Explorer ce que c’est, mieux la comprendre, est vraiment fondamental pour la science. Le boson de Higgs détermine littéralement presque tout dans l’Univers ». Le HiLumi LHC va ainsi générer au moins 15 millions de boson de Higgs par année, contre environ 3 millions avec le LHC actuel.
Avec l’espoir, aussi, de faire une percée concernant la matière composant l’espace, dont une grande partie (environ les 3/4) reste pour l’heure invisible: « On sait qu’il y a de la matière sombre là-haut », poursuit le directeur-général. Une matière qui explique notamment pourquoi les galaxies qui tournent sur elles-mêmes ne se dispersent pas, maintenues bien denses qu’elles sont par une force de gravité supplémentaire. « Et on pourrait en produire dans le LHC haute-luminosité. Ce serait une découverte absolument sensationnelle. Mais c’est un vœu très ambitieux! »
Rendez-vous donc dès 2030, pour le lancement de HiLumi LHC, ce LHC sous stéroïdes.
