Une approche différente aurait-elle pu sauver le supercollisionneur supraconducteur ? – Monde de la physique

Une approche différente aurait-elle pu sauver le supercollisionneur supraconducteur ? – Monde de la physique

Horodatage: 23 octobre 2023 6h00

Michel Riordan soutient que si les États-Unis avaient suivi une stratégie plus conservatrice lors de la construction du supercollisionneur supraconducteur, l'histoire de la physique des particules aurait pu être différente

Grand tunnel souterrain avec machines et câbles
Vision en tunnel Le supercollisionneur supraconducteur du Texas a été optimisé après que quelque 2 milliards de dollars aient déjà été investis dans sa conception et sa construction. (Avec l'aimable autorisation du DOE)

Il y a trente ans ce mois-ci, le Congrès américain votait la fin du supercollisionneur supraconducteur (SSC) après que quelque 2 milliards de dollars aient été dépensés pour sa conception et sa construction. À l’époque, près d’un tiers de son tunnel de 87 km était déjà achevé, mais les opposants au Congrès ont insisté pour que le SSC soit « dopé » afin qu’il ne puisse pas ressusciter des morts à la manière de Lazare. Les puits verticaux allant du tunnel à la surface (voir photo) ont été remplis autant que possible avec des déblais de forage, puis ils ont été laissés se remplir d'eau souterraine.

Aujourd'hui, 30 ans plus tard, la communauté mondiale de la physique des hautes énergies espère construire un collisionneur comparable, capable à terme de réaliser des collisions proton-proton à des énergies bien supérieures à 15 TeV. Des conceptions détaillées existent pour de tels collisionneurs au CERN et en Chine mais la volonté politique et l’accord international indispensables pour aller de l’avant sont de plus en plus rares dans un monde éclaté et en voie de démondialisation.

Si nous tirions une leçon de l'échec de la CSS et du succès de la Grand collisionneur de hadrons (LHC), c’est qu’une large collaboration internationale est obligatoire à l’échelle de plusieurs TeV des énergies de collision de protons. Ces projets énormes et coûteux ont adopté des approches très différentes. Dans le cas du SSC, les physiciens américains ont tenté de prendre le relais dans l’espoir que d’autres pays suivraient, en construisant le supercollisionneur sur un nouveau site « vierge » au Texas.

Le projet LHC était plutôt un effort véritablement international, dirigé par des physiciens européens et construit au CERN, un laboratoire de physique des hautes énergies de renommée mondiale – attirant des contributions du Canada, de l’Inde, du Japon, de la Russie et des États-Unis. Mais ce processus s’est produit dans l’après-guerre froide, lorsque de nombreux pays du bloc de l’Est tentaient de se démocratiser et de rejoindre une économie mondiale en voie de mondialisation.

La tortue et le lièvre

L'approche conservatrice en deux phases du CERN pour la construction du Grand électron positron (LEP) Le collisionneur et plus tard le LHC se sont révélés cruciaux. Les recherches en physique sur le LEP ont débuté en 1989, tandis que les tâches plus difficiles de conception et de fabrication des aimants supraconducteurs puissants et sophistiqués du LHC se déroulaient en parallèle. Par conséquent, le CERN a pu utiliser les conceptions avancées d’aimants supraconducteurs « deux-en-un » qui avaient été abandonnées au sein du SSC, car elles étaient alors considérées comme une technologie trop immature et risquée.

Avec le recul, une telle approche en deux phases aurait été bien plus utile aux constructeurs de SSC que la voie empruntée consistant simultanément à creuser un énorme tunnel et à développer des aimants pour le remplir. De nombreuses recherches en physique auraient pu être effectuées sur un collisionneur électron-positon dans le même tunnel.

En fait, les expériences sur un tel collisionneur pourraient même avoir découvert le boson de Higgs avant le début du siècle et a effectué des années de recherches de suivi sur son comportement pendant que les problèmes alors onéreux des aimants supraconducteurs étaient abordés et résolus.

Cependant, lors de la conception du SSC dans les années 1980, peu de théoriciens pensaient qu'il se produirait à une masse de seulement 125 GeV. La plupart pensaient qu’il devait apparaître à 1 TeV. D’où la nécessité pressante de faire entrer en collision des faisceaux de protons d’énergies de 10 à 20 TeV., pour être certain de découvrir la particule – ou tout autre phénomène responsable des masses de particules élémentaires.

Ce n'est qu'après la découverte, au milieu des années 1990, du quark top au Tevatron du Laboratoire Fermi, d'une masse de 175 GeV, que les théoriciens ont commencé à reconnaître qu'un boson de Higgs aussi léger était effectivement possible, voire probable. Selon l'ancien directeur général du CERN Chris Llewellyn Smith, qui a dirigé le laboratoire de 1994 à 1998, pensaient même que sa masse pourrait être proche de 100 GeV et pourrait être découverte au LEP.

Il est donc regrettable que le tunnel SSC ait été dopé après 1993. Construire une usine Higgs aujourd'hui serait relativement simple, il suffirait de terminer le tunnel, d'installer des aimants à température ambiante et de construire au moins une paire de gros détecteurs de particules. Cela donnerait à la communauté des physiciens des hautes énergies une voie viable et économique pour réaliser une telle installation – une voie qui ne serait pas confrontée aux défis géopolitiques et de financement comme le sont les deux autres conceptions circulaires actuelles..

Et avec le recul, une approche plus conservatrice et en plusieurs phases pour atteindre l'échelle du TeV – comme celle poursuivie au CERN – aurait probablement réussi à découvrir le boson de Higgs au Laboratoire Fermi. Car lorsque le CERN s'apprêtait à annoncer sa découverte en juillet 2012, Le laboratoire Fermi est intervenu avec un résultat trois sigma dans le canal de désintégration du méson B, en utilisant des données vieilles de plusieurs années provenant de ce qui n'était qu'un collisionneur proton-antiproton de 2 TeV.

Lorsqu'un groupe de scientifiques distingués dirigé par un physicien de l'Université de Stanford Stanley Wojcicki évaluait l'avenir de la physique des hautes énergies aux États-Unis en 1983, le Laboratoire Fermi a proposé de construire un réacteur de 4 à 5 TeV Collisionneur dédié entièrement dans les limites du laboratoire. Rétrospectivement, cela aurait suffi pour découvrir le boson de Higgs, surtout si des aimants supraconducteurs encore plus puissants avaient finalement pu être installés.

Cette approche aurait permis de confier la gestion du projet à une équipe accomplie de physiciens des accélérateurs, au lieu de céder le contrôle aux ingénieurs du complexe militaro-industriel américain, comme cela s'est produit au SSC.

L'histoire du LHC et du SSC est un exemple classique de la célèbre fable d'Ésope, La tortue et le lièvre. La tortue a également gagné cette course. Mais si les physiciens des particules américains avaient adopté des approches plus conservatrices et plus rentables pour atteindre l’échelle d’énergie du TeV – plutôt que d’essayer de « dépasser » leurs collègues européens avec un projet texan de plusieurs milliards de dollars visant à rétablir le leadership américain dans ce domaine – le L’histoire de la physique des hautes énergies aurait pu être très différente.

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