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Le ILC, le successeur du LHC, est prêt à construire

Les plans de construction de l’International Linear Collider (ILC) sont prêts. Avec ses 31 km de long, cet accélérateur est prévu pour faire entrer en collision des électrons et des positrons. Le but : devenir une usine à bosons de Higgs afin de mesurer précisément leurs propriétés, en espérant qu’elles révèlent une nouvelle physique.

Une vue d'artiste du tunnel de l'ILC. On ne sait pas encore s'il sera construit ni où, mais il est probable que ce soit au Japon. © Rey Hori-KEK Une vue d'artiste du tunnel de l'ILC. On ne sait pas encore s'il sera construit ni où, mais il est probable que ce soit au Japon. © Rey Hori-KEK

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Les collisions de protons, ou de protons et d’antiprotons, sont particulièrement adaptées à la découverte de nouvelles particules. Lorsque que l’on a voulu vérifier les prédictions principales du modèle électrofaible, c'est-à-dire l’existence des bosons W et Z, c’est avec des collisions de protons et d’antiprotons que l’on a découvert ces particules il y a 30 ans. Mais quand on a tenté de mesurer avec précision leurs propriétés, comme leurs masses et les paramètres décrivant les diverses réactions entre quarks et leptons faisant intervenir ces bosons, il a fallu changer de stratégie.


Une vidéo sous-titrée en français expliquant pourquoi l'ILC est nécessaire pour faire de la physique de précision avec le boson de Higgs. © Symmetry Magazine, YouTube

En effet, les collisions des hadrons produisent pléthore de particules, parmi lesquelles il est difficile d’isoler celles que l’on veut étudier. En termes techniques, le signal que l’on veut mesurer est noyé dans un bruit de fond. Un peu comme si l’on cherchait à distinguer la ligne mélodique d’un violoncelle dans un concert de hard rock, au beau milieu d’un public de plusieurs milliers de personnes. Difficile dans ces conditions de déterminer si le soliste joue du Bach ou du Mozart, et encore plus le titre de l’œuvre.

L'ILC : un nouveau Lep mais linéaire

La solution était connue depuis longtemps, il fallait remplacer les collisions de protons et d’antiprotons par des collisions d’électrons et de positrons. Les réactions que l’on veut étudier sont plus difficiles à provoquer, mais le bruit de fond est bien plus faible. C’est ainsi qu’il a été possible de tester avec précision bien des prédictions du modèle standard avec le Lep (Large Electron Positron), le collisionneur de leptons qui occupait initialement le tunnel du LHC (Large Hadron Collider). Rétrospectivement, on sait que si l’on avait conçu cet accélérateur de particules pour atteindre des énergies un peu plus élevées, on aurait probablement découvert le boson de Higgs à la fin des années 1990.

Lorsque le LHC a été mis en chantier, il était déjà clair que s’il permettait de découvrir facilement le boson de Higgs, des particules supersymétriques ou des excitations des tours de Kaluza-Klein des particules du modèle standard (si la nature avait bien utilisé ses possibilités théoriques pour unifier les forces et la matière), il faudrait un collisionneur de leptons pour faire, là aussi, des mesures de précision. Pour cette raison, plusieurs groupes de physiciens de par le monde, notamment ceux ayant travaillé avec le Lep, se sont lancés dans la conception de l’International Linear Collider (ILC).

Un schéma de l'ILC, dont la taille est comparée à celle d’un stade de foot. L'accélération des électrons et positrons doit être linéaire à hautes énergies pour éviter des pertes sous forme d'émission synchrotron.
Un schéma de l'ILC, dont la taille est comparée à celle d’un stade de foot. L'accélération des électrons et positrons doit être linéaire à hautes énergies pour éviter des pertes sous forme d'émission synchrotron. © Pablo Vazquez

L'ILC : une usine à bosons de Higgs

Le boson de Higgs a finalement été découvert, mais pas les particules supersymétriques, ni d’autres particules exotiques comme le boson Z’. L’espoir d’observer de la nouvelle physique avec le LHC est désormais bien mince, mais il est possible qu’elle se révèle indirectement à partir de mesures précises des propriétés du Higgs et de ses couplages avec d’autres particules dans des réactions.

On vient d’apprendre par le Cern que les travaux concernant les plans et le programme de construction de l’ILC étaient prêts : il ne manque plus que le financement et la décision politique pour lancer sa construction, quelque part sur la planète. Beaucoup pensent qu’il sera installé au Japon, mais rien n’est encore sûr. En revanche, il est certain que les collisions entre électrons et positrons se feront à des énergies de l’ordre de 500 GeV dans un premier temps. On pourra monter en énergie jusqu’à 1 TeV par la suite. L’ILC serait une véritable usine à bosons de Higgs, espérons qu’elle produira aussi des particules de matière noire, comme celles que découvriront peut être directement ou indirectement Coupp et AMS-02.


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