Mark Thomson, professeur de physique des particules expérimentale à l'université de Cambridge, a obtenu l'un des postes les plus convoités de la science mondiale. Pourtant, d'un certain point de vue, il est difficile de ne pas se demander s'il a fait un sacrifice personnel pour le bien commun.
Le 1er janvier, Thomson deviendra le directeur général du CERN, le laboratoire de physique nucléaire primé par un Nobel près de Genève. C'est ici, en profondeur sous terre, que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) – le plus grand instrument scientifique jamais construit – recrée les conditions des premiers instants après le Big Bang.
Le LHC a gagné sa place dans l'histoire en découvrant l'insaisissable boson de Higgs, dont le champ associé agit comme une colle cosmique qui donne leur masse aux particules. Cependant, l'une des premières tâches de Thomson sera de mettre à l'arrêt le collisionneur pour d'importants travaux d'ingénierie. Il ne redémarrera qu'à la fin quasi de son mandat.
Dans son bureau du laboratoire Cavendish, à côté d'une maquette de la double hélice d'ADN découverte à Cambridge il y a plus de 70 ans, Thomson est loin d'être découragé par cet arrêt. En fait, il attend avec impatience les cinq prochaines années.
« La machine fonctionne brillamment et nous collectons d'énormes quantités de données », dit-il. « Il y aura beaucoup à analyser pendant cette période. Les résultats en physique continueront d'arriver. »
Le parcours de Thomson n'est pas traditionnellement académique : il a fréquenté une école polyvalente à Worthing, dans le West Sussex, et n'a développé un intérêt pour la physique qu'après avoir lu un livre de vulgarisation scientifique sur le CERN au début de son adolescence. « Cela a en quelque sorte fixé ma direction », se souvient-il. « Je voulais comprendre comment fonctionne l'univers. » Il a été le premier de sa famille à aller à l'université, étudiant la physique à Oxford.
Le LHC accélère des protons – les noyaux d'atomes d'hydrogène – à près de la vitesse de la lumière dans un anneau de 27 kilomètres sous la campagne franco-suisse. En quatre points autour de l'anneau, des protons circulant en sens opposés entrent en collision. L'énergie de ces impacts crée une gerbe de nouvelles particules, enregistrées par les détecteurs du LHC. Conformément à la célèbre équation d'Einstein, E=mc², plus d'énergie produit des particules plus massives.
À partir de juin, l'arrêt ouvrira la voie au LHC à haute luminosité, une mise à niveau majeure impliquant de nouveaux aimants supraconducteurs puissants pour focaliser les faisceaux de protons, les rendant plus intenses. Cela multipliera par dix le nombre de collisions. Les détecteurs sont également améliorés pour mieux capturer les signes subtils d'une nouvelle physique. « C'est un projet incroyablement excitant », déclare Thomson. « C'est plus intéressant que de simplement faire fonctionner la machine comme d'habitude. »
Si elle réussit, cette mise à niveau permettra des mesures plus précises des particules et de leurs interactions, révélant potentiellement des failles dans les théories actuelles qui pourraient mener à de nouvelles découvertes. Un mystère persistant est le boson de Higgs lui-même. Alors que les particules élémentaires acquièrent leur masse grâce au champ de Higgs, la raison pour laquelle leurs masses diffèrent reste inconnue. Même la manière dont les bosons de Higgs interagissent entre eux n'est pas claire. « Nous pourrions voir quelque chose de complètement inattendu », note Thomson.
Superviser le LHC à haute luminosité sera un axe central du mandat de cinq ans de Thomson. Mais il devra aussi s'attaquer à un projet plus vaste et plus controversé : planifier ce qui viendra après le LHC, dont la fin de vie est prévue vers 2041. Le principal candidat est une machine colossale appelée Futur collisionneur circulaire (FCC).
Selon l'étude de faisabilité du CERN, le FCC serait plus de trois fois plus grand que le LHC, nécessitant un nouveau tunnel circulaire de 91 kilomètres creusé jusqu'à 400 mètres sous terre. Le projet serait construit en deux phases, la première débutant à la fin des années 2030. Dans les années 2040, le plan prévoit de faire entrer en collision des électrons avec leurs partenaires d'antimatière, les positrons. Puis, vers les années 2070, cette machine serait remplacée par un nouveau collisionneur conçu pour fracasser des protons à une énergie sept fois supérieure à celle du LHC. La phase initiale est estimée à 15 milliards de francs suisses, soit environ 14 milliards de livres sterling.
L'ingénierie elle-même est ambitieuse, mais le Futur collisionneur circulaire (FCC) fait face à des défis plus larges. Les États membres du CERN, qui voteront sur le projet en 2028, ne peuvent pas couvrir l'intégralité des coûts, nécessitant des contributeurs internationaux supplémentaires. Parallèlement, un débat se poursuit pour savoir si c'est la meilleure machine pour faire de nouvelles découvertes. Rien ne garantit qu'elle répondra aux grandes questions de la physique, telles que : Qu'est-ce que la matière noire qui s'agrège autour des galaxies ? Qu'est-ce que l'énergie sombre qui entraîne l'expansion de l'univers ? Pourquoi la gravité est-elle si faible ? Et pourquoi la matière a-t-elle prévalu sur l'antimatière lors de la formation de l'univers ? Sans percée claire et garantie, la tâche de Mark Thomson pour rallier les soutiens sera plus difficile.
Pourtant, le CERN a toujours été plus qu'une simple affaire de science. Grâce au laboratoire, l'Europe est le leader mondial en physique des particules, attirant des dizaines de milliers de chercheurs et stimulant le développement de nouvelles technologies. Cependant, d'autres pays, notamment les États-Unis et la Chine, progressent dans leurs propres plans pour des collisionneurs de nouvelle génération. Que le CERN conserve sa prééminence dépend du succès du successeur du LHC.
« Nous n'en sommes pas à un point où les découvertes se sont arrêtées, et le FCC est la prochaine étape naturelle. Notre objectif est de comprendre l'univers à son niveau le plus fondamental », déclare Thomson. « Et ce n'est absolument pas le moment d'abandonner. »
Foire Aux Questions
Bien sûr Voici une liste de FAQ concernant l'affirmation : L'homme qui prend la tête du Grand collisionneur de hadrons ne le fait que pour l'arrêter
Débutant Questions générales
1 Qu'est-ce que le Grand collisionneur de hadrons
Le LHC est le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde C'est un anneau de 27 kilomètres d'aimants supraconducteurs enterré sous terre près de Genève en Suisse au CERN Les scientifiques l'utilisent pour faire entrer en collision des protons à une vitesse proche de celle de la lumière afin d'étudier les constituants fondamentaux de l'univers
2 Est-il vrai qu'une nouvelle personne prend la tête du LHC uniquement pour l'arrêter
Non ce n'est pas vrai C'est un malentendu ou une fiction Le LHC est un instrument scientifique critique De nouveaux directeurs ou chefs de projet sont nommés pour gérer ses opérations ses mises à niveau et ses objectifs de recherche futurs et non pour y mettre fin
3 Pourquoi quelqu'un penserait-il que quelqu'un veut l'arrêter
Cette idée pourrait venir de la science-fiction d'une incompréhension des maintenances programmées ou d'une confusion autour des débats budgétaires Le LHC subit périodiquement de longs arrêts pour des mises à niveau et des réparations ce que quelqu'un pourrait interpréter à tort comme une fermeture définitive
4 Qui est réellement en charge du LHC
Le LHC est géré par le CERN l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire Une équipe de scientifiques d'ingénieurs et un chef de projet supervisent ses opérations quotidiennes Les rôles de direction changent au fil du temps dans le cadre d'une progression de carrière normale
5 Une seule personne peut-elle même décider d'arrêter le LHC
Non Le LHC est un projet international financé et exploité par une collaboration de nombreux pays Toute décision majeure comme un arrêt définitif nécessiterait un consensus complexe entre les États membres et la communauté scientifique et non une seule personne
Intermédiaire Questions opérationnelles
6 Le LHC est-il jamais arrêté
Oui mais seulement temporairement Il fonctionne par cycles de plusieurs années suivis d'arrêts longs programmés Ces périodes sont destinées à la maintenance essentielle aux mises à niveau pour augmenter sa puissance ou sa sensibilité et à l'installation de nouveaux détecteurs
7 Que se passe-t-il pendant un arrêt long programmé
Les équipes effectuent des milliers de tâches de maintenance renforçant les connexions électriques mettant à niveau les systèmes informatiques installant de nouveaux tubes à faisceau et améliorant les composants des détecteurs C'est comme un arrêt aux stands massif pour rendre la machine encore meilleure
