CERN Accélérateur de science

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Étude de faisabilité

 

Ces cinquante dernières années, les collisionneurs de particules ont été parmi les principaux instruments scientifiques utilisés pour comprendre les particules et les lois de l'Univers les plus fondamentales. Avec ses 27 km de circonférence, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est actuellement le plus puissant collisionneur de particules du monde. La phase à haute luminosité (HL-LHC) augmentera son potentiel de découvertes grâce à un programme de recherche qui durera jusqu'en 2040 au plus tard. Mais le CERN pense déjà à l’après-LHC.
L'avenir de la physique des hautes énergies au XXIe siècle repose sur la conception et la construction de collisionneurs qui permettront de repousser les frontières de l'énergie et de l'intensité d'un ordre de grandeur par rapport aux valeurs actuelles. L'étude sur un Futur collisionneur circulaire (FCC) examine différentes options de collisionneurs, regroupés au sein d'une même infrastructure de recherche dans un tunnel souterrain de 91 km, qui pourraient permettre le déploiement d'un programme de physique robuste et diversifié jusqu'à la fin du siècle.
FCC rinr
 

Contexte

La mise à jour 2020 de la stratégie européenne pour la physique des particules prévoit que l’Europe, en collaboration avec la communauté mondiale de physique des particules, devra étudier la faisabilité d’un collisionneur de hadrons de prochaine génération. Dans cette perspective, l’étude de faisabilité relative au Futur collisionneur circulaire (FCC), qui sera menée de 2021 à 2027, a pour objectif de déterminer la viabilité technique et financière d’une telle installation au CERN.

L'étude de faisabilité comporte plusieurs axes (scientifique, technique, mais aussi administratif et financier) et suppose d'importantes recherches sur le plan de la faisabilité territoriale (géologie, impact sur l'environnement, infrastructures et génie civil).

Si les résultats de cette étude s'avèrent concluants, les États membres du CERN  pourraient approuver une étude de faisabilité technique plus approfondie du projet. Ce processus pourrait entériner les prochaines étapes conduisant à l'approbation finale du projet et au début de la construction après le milieu des années 2030, avec comme première étape un collisionneur électron-positon (FCC-ee) mis en service vers 2045. Une deuxième machine, un collisionneur proton-proton (FCC-hh) construit dans le même tunnel, prolongerait le programme de recherche des années 2070 à la fin du siècle.

 

 

Une étude de faisabilité pour une nouvelle infrastructure de recherche.

Le futur collisionneur serait construit dans un tunnel circulaire de

∼91 km

situé sous les départements de la Haute-Savoie et de l'Ain, en France, et sous le canton de Genève, en Suisse.

Le tunnel du FCC serait alors l'un des plus longs du monde. Des contraintes bien connues limitent son tracé à une zone précise : le tunnel devra éviter les zones géologiquement complexes ; il devra permettre d'exploiter au maximum le potentiel de futurs collisionneurs ; il devra pouvoir être relié au LHC ; et les sites aménagés en surface permettant d'y accéder devront respecter des normes sociales et environnementales. Pour toutes ces raisons, diverses options de configuration sont envisagées selon le principe « éviter, réduire et compenser » pour garantir une conception durable au profit des générations futures.
La mission du FCC sera de repousser les limites de l’énergie et de l’intensité des collisionneurs de particules, le but étant d’atteindre des énergies de collision de 100 TeV, dans la perspective de la recherche d’une physique nouvelle.
Le tunnel du FCC abriterait successivement deux collisionneurs. La première étape consisterait à construire un collisionneur électron-positon (FCC-ee), qui serait exploité dans les années 2040 ; il permettrait de réaliser des mesures d'une précision sans précédent et pourrait ouvrir la voie à une physique au-delà du Modèle standard. La seconde étape consisterait à construire un collisionneur proton-proton (FCC-hh), qui aurait la capacité d'atteindre des énergies jusqu'à huit fois supérieures à celles du LHC, et offrirait ainsi un nouveau potentiel de découvertes.
 
pic

Accueillir différents
accélérateurs de particules
pour l'ère post-LHC.
Profiter de
l'infrastructure existante du CERN.

 

 

8

points de surface

 

 

200

mètres de profondeur (moy.)

Jusqu'à

4

expériences

 

 

7

décennies de recherche programmées

Le FCC est l’instrument le plus efficace et le plus complet pour résoudre les mystères de la physique des particules moderne.

Construire successivement un collisionneur électron-positon aux frontières de la luminosité (FCC-ee) et un collisionneur proton-proton aux frontières de l’énergie (FCC-hh).

Une infrastructure technique et organisationnelle partagée et rentable, comme l'ont été ses prédécesseurs, le LEP et le LHC.

Renforcer le leadership de l'Europe dans la recherche en physique au XXIe siècle.

 
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Une mission scientifique pour le XXIe siècle

Le développement de ces collisionneurs nécessite des avancées significatives dans de nombreuses technologies. Plus de 150 universités, instituts de recherche et partenaires industriels du monde entier développent des installations de détection nouvelles, ce qui implique de se pencher sur l’infrastructure associée, les coûts estimatifs, les scénarios d’exécution du projet au niveau mondial et les structures de gouvernance internationale appropriées.
L'une des principales préoccupations de la collaboration FCC est de rendre les futurs collisionneurs durables, en déployant des technologies efficientes sur le plan énergétique et en favorisant l'économie circulaire à toutes les étapes. L’établissement de fortes synergies entre différents domaines de la science et de la technologie est la condition indispensable du succès ; le potentiel d'innovation pour des applications dans la société dans son ensemble est considérable.

 

 

Rapport préliminaire de conception du FCC  Ressources sur le FCC pour les médias