Un collisionneur est un accélérateur de particules qui fait entrer en collision deux faisceaux de particules et permet aux scientifiques de sonder l’infiniment petit et ainsi percer les mystères de l’univers.
Le CERN héberge un complexe d’accélérateurs dont un seul d’entre eux est un collisionneur: le LHC (Large Hadron Collider, grand collisionneur de hadrons) installé depuis 2008 dans un tunnel souterrain de 27km de circonférence, c’est le plus grand et plus puissant collisionneur de particules au monde.
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La matière visible dans l’univers est fait de douze constituants de base appelés particules fondamentales (électrons, quarks, etc.) et gouverné par quatre forces fondamentales comme la force électromagnétique ou la gravitationnelle. C’est le Modèle standard de la physique des particules qui nous aide le mieux à comprendre la façon dont ces douze particules et dont trois des quatre forces de la nature sont reliées entre elles. Cette théorie a été confirmée par le LEP et le LHC.
Le Modèle standard des particules et des forces a émergé dans la deuxième moitié du XXe siècle pour expliquer la découverte d’une foule de nouvelles particules et décrire leur comportement et les forces qui les relient dans le cadre d’une seule théorie. Ce modèle a rencontré un succès considérable, rendant fidèlement compte des phénomènes observés. Malgré le succès du Modèle standard de nombreuses questions restent encore ouvertes, comme la nature de la matière noire ou l’absence d’antimatière dans l’Univers.
La découverte d’un boson de Higgs au CERN en 2012, ouvre une nouvelle phase d’exploration de la physique au-delà du Modèle standard. La physique des particules doit poursuivre ses recherches, de la manière la plus large possible, en améliorant notablement la sensibilité, la précision et la gamme d’énergies.
Le sigle FCC veut dire Futur collisionneur circulaire. L’étude sur le FCC s’inscrit dans le cadre des efforts de recherche et développement du CERN pour se préparer à l’ère post-LHC (après 2040). La phase actuelle d’étude qui se poursuivra jusqu’en 2025, fournira un rapport de faisabilité aux États membres du CERN ; si ses conclusions sont positives, une étude plus approfondie pourrait être demandée par les États membres.
La mission du FCC est de reproduire en laboratoire les phénomènes qui se sont produits une fraction de milliardième de seconde après le big bang, en augmentant la résolution du “microscope” (collisionneur et détecteur de particules) permettant d’observer ces phénomènes dans leurs moindres détails.
Les questions sans réponse sont multiples, à commencer par l’origine du boson de Higgs, et seuls des collisionneurs de leptons et de hadrons encore plus puissants, avec des détecteurs encore plus précis, pourront apporter des éléments de réponses. Chacune des deux étapes – collisionneur électron-positon (FCC-ee), puis collisionneur proton-proton (FCC-hh) – offrira des opportunités uniques vers une meilleure compréhension de notre Univers, tant par la précision des mesures que par l’échelle d’énergie atteinte, et leur intégration dans un programme synérgétique optimisera grandement le potentiel de nouvelles découvertes.
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Deux collisionneurs de particules installés successivement dans un tunnel souterrain en forme d’anneau de 91km de circonférence et 5m de section située en moyenne à 200m de profondeur (entre 150m et 400m).
Ces collisionneurs seraient reliés au complexe d’accélérateurs du CERN déjà en service qui servirait d’injecteurs de faisceaux. Il y aurait 8 sites de surface (sites techniques d’environ 4ha, dont 2 ou 4 sites scientifiques d’environ 6ha pour des expériences)