Futur collisionneur circulaire

Le Futur collisionneur circulaire (FCC, en anglais Future Circular Collider) est une étude de conception complète du projet qui succédera au Grand collisionneur de hadrons (étude post-LHC) qui prévoit un nouveau tunnel long de 80 à 100 kilomètres. Cette étude est ouverte à tous les instituts scientifiques, quelle que soit leur taille ou leur pays d'origine. À l’origine, 57 instituts participaient, représentant 22 pays ^[1],[2]. En mars 2025, l’initiative est soutenue par une collaboration internationale soutient l’initiative, réunissant 162 instituts de 38 pays ^[3]

(en) Comparaison schématique du Tevatron (en blanc) et du LHC (en bleu) au FCC (en vert).

Histoire

À la suite de la publication en mai 2013 de La stratégie européenne pour la physique des particules appelant à réfléchir au futur du CERN, 350 experts se réunissent du 12 au 15 février 2014 à l'université de Genève pour lancer une première étude de faisabilité sur la construction d'un nouveau collisionneur circulaire de 80 à 100 kilomètres de circonférence. Les premières conclusions sont attendues pour 2018. Un rapport sur l’étude conceptuelle a été publié avant la fin de l’année 2018 ^[4], à temps pour la session suivante de mise à jour de la Stratégie européenne pour la physique des particules.

Le FCC succéderait au LHC après le HL-LHC, dont la durée de vie est estimée à environ vingt ans, avec un programme scientifique prévu jusqu’en 2040 ^[1],[5]. Vingt années est également la durée approximative de la construction du futur collisionneur circulaire^[6].

En mars 2017, une équipe de chercheurs de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla rejoint le projet de construction^{[réf. nécessaire]}.

Description

Tracé approximatif du LHC (en bleu) et tracé possible du FCC (en rouge).

L'étude du FCC met l'accent sur l'exploration des collisions proton-proton et électron-positron (leptons) à des énergies plus hautes. Elle considère les différents collisionneurs circulaires de hadrons et de leptons possibles, procède à une analyse approfondie des infrastructures et des modes de fonctionnement, et réfléchit aux programmes de recherche et développement technologiques nécessaires pour les construire. Un rapport sur l'étude conceptuelle doit être remis avant fin 2018, à temps pour la prochaine session sur la stratégie européenne pour la physique des particules.

Lorsque le FCC sera mis en service, normalement en 2040, le LHC deviendra un pré-accélérateur avant l'injection des particules. Les particules devraient circuler à 299 790 km/s soit 99,99918 % de la vitesse de la lumière ( qui est de 299 792,458 km/s), guidées par les ultra-aimants disposés tout le long du circuit.

Quadrupler la longueur du tunnel va permettre d'implanter un plus grand nombre d'accélérateurs de particules le long du collisionneur. Le CERN prévoit d'atteindre un niveau de hautes énergies suffisant pour reproduire les premiers instants du Big Bang. Les premiers budgets avancés pour sa construction sont de l'ordre de 20 milliards d'euros. La Chine, par le biais du directeur général de l’Institut de physique des hautes énergies (IHEP) de Pékin, Yifang Wang, milite en faveur de la construction du FCC à proximité de Pékin^[6],[7].

Depuis 2019, la position géographique du FCC est imaginée au nord d'Annecy et chevauchant à peine le lac Léman et le LHC^[8].

Critiques

L'accélérateur collisionneur fait l'objet de critiques pour son coût supérieur à vingt milliards d'euros (construction et équipement, exploitation non comprise)^[9], sa consommation d'électricité de 4 000 GWh/an^[10], ses émissions de gaz à effet de serre équivalant à une ville de plusieurs centaines de milliers d'habitants^[11] et le volume des produits d'excavation de ses structures souterraines. Plusieurs physiciens ont également mis en cause ses chances de conduire à de nouvelles découvertes, comme la physicienne Sabine Hossenfelder, qui affirme : « il n'y a pas de raison pour que des phénomènes encore inobservés tels que la constitution de matière noire par des particules soient à la portée de ce nouveau collisionneur »^[12].