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Plus petit et plus puissant: ce que l’on sait du nouveau collisionneur russe

© Sputnik . Alexander Kryazhev / Aller dans la banque de photosL'Institut de physique nucléaire Budker
L'Institut de physique nucléaire Budker - Sputnik France
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L’accélérateur de particules russe, actuellement en construction à Novossibirsk, pourrait aider à trouver des formes de matière inconnues jusque là.

Le nouveau collisionneur russe sera deux fois plus compact que prévu: seulement 470 mètres de long. Les scientifiques ont trouvé comment le rendre plus puissant tout en réduisant sa taille et son coût, écrit le quotidien Izvestia.

Les spécialistes comptent utiliser ce dispositif pour percer le mystère de l’antimatière et corriger le modèle standard de la physique des particules, qui n’explique pas les origines de la matière (y compris noire) et de l’énergie. D’habitude, les sites de ce genre ont des dimensions impressionnantes, nécessaires pour atteindre le niveau énergétique requis. Ainsi, la longueur du Grand collisionneur de hadrons se chiffre à 27 km. Les chercheurs russes suggèrent pourtant une approche différente: augmenter l’intensivité au lieu de l’énergie pour rendre l’accélérateur relativement peu spacieux. Ce nouvel appareil devrait permettre de garantir la priorité internationale de la science russe pour dix ans.

Assurer l’accélération

Il existe deux méthodes principales de recherche de nouveaux phénomènes en physique des particules: utiliser plus d’énergie ou augmenter l’intensité. Plus grande est l’énergie des faisceaux de particules collisionnés, plus importante est la masse des particules que ces collisions peuvent produire. Aujourd’hui, l’appareil le plus «énergétique» est le Grand collisionneur de hadrons qui mène régulièrement des expériences de recherche de nouvelles particules. Le problème réside dans le fait que ces collisionneurs sont très coûteux. Qui plus est, on ne connaît pas pour l’instant les volumes d’énergie produisant les effets dépassant les limites du modèle standard (qui explique les interactions électromagnétiques, fortes ou faibles, des particules élémentaires). Et il est trop coûteux de construire ces sites colossaux «au hasard».

Particules élémentaires - Sputnik France
Un super collisionneur nippon pourra aider l’humanité à percer le mystère de l’Univers
C’est pourquoi une méthode alternative est développée depuis deux décennies: augmenter la précision, directement liée à l’intensivité des faisceaux. Tous les événements du monde quantique sont les produits du hasard, et il n’est possible d’évaluer que les probabilités. Afin d’augmenter la précision de ces évaluations, il est nécessaire d’élargir le nombre de données statistiques: observer plus de collisions de faisceaux. Toutefois, il faut augmenter les statistiques de 100 fois afin d’améliorer la précision de 10 fois. C’est l’objectif du projet des chercheurs de Novossibirsk baptisé «La Fabrique Super S-tau». Les scientifiques espèrent y faire des découvertes physiques, voire pouvoir corriger le modèle standard sur sa base.     

L’Institut de physique nucléaire Boudker auprès du Département sibérien de l’Académie des sciences de Russie envisage de présenter à la fin de l’année une version modernisée du projet, très différente de l’idée initiale. En particulier, le périmètre de l’accélérateur a été réduit de 800 m à 470 m, ce qui a diminué le coût du site tout en permettant d’améliorer ses caractéristiques: l’énergie maximale d’un faisceau a été augmentée de 2,5 GeV à 3 GeV.

© Sputnik . Alexander Kryazhev / Aller dans la banque de photosСотрудник научного центра во время технических работ на коллайдере ВЭПП-3 в Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера в НовосибирChercheur lors de travaux techniques sur le collisionneur VEP-3 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.ске.
Chercheur lors de travaux techniques sur le collisionneur VEP-3 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk. - Sputnik France
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Сотрудник научного центра во время технических работ на коллайдере ВЭПП-3 в Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера в НовосибирChercheur lors de travaux techniques sur le collisionneur VEP-3 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.ске.
© Sputnik . Alexander Kryazhev / Aller dans la banque de photosChercheurs lors de travaux techniques sur le détecteur sphérique neutre installé sur le collisionneur VEP-2000 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
Chercheurs lors de travaux techniques sur le détecteur sphérique neutre installé sur le collisionneur VEP-2000 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk. - Sputnik France
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Chercheurs lors de travaux techniques sur le détecteur sphérique neutre installé sur le collisionneur VEP-2000 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
© Sputnik . Alexander Kryazhev / Aller dans la banque de photosChercheur marchant dans le tunnel de l’anneau de stockage du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
Chercheur marchant dans le tunnel de l’anneau de stockage du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk. - Sputnik France
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Chercheur marchant dans le tunnel de l’anneau de stockage du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
© Sputnik . Alexander Kryazhev / Aller dans la banque de photosChercheur au poste de commande du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
Chercheur au poste de commande du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.  - Sputnik France
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Chercheur au poste de commande du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
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Сотрудник научного центра во время технических работ на коллайдере ВЭПП-3 в Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера в НовосибирChercheur lors de travaux techniques sur le collisionneur VEP-3 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.ске.
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Chercheurs lors de travaux techniques sur le détecteur sphérique neutre installé sur le collisionneur VEP-2000 à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
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Chercheur marchant dans le tunnel de l’anneau de stockage du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.
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Chercheur au poste de commande du collisionneur VEP-4M à l’Institut de physique nucléaire G. Budker de Novossibirsk.

Aujourd’hui, le coût approximatif de la mise en œuvre du projet comprenant la conception, la création et le montage des éléments d’accélération, de détection et d’infrastructure du collisionneur se chiffre à près de 37 milliards de roubles (500 millions d’euros). Le projet n’a pas encore reçu de financement public et les travaux sont assurés aux frais de l’Institut et dans le cadre des commandes d’État et des bourses de la Fondation scientifique russe.

Une nouvelle physique

Les physiciens envisagent de tester le modèle standard en étudiant la désintégration des leptons tau. Ces particules sont similaires aux électrons: elles ont la même charge et d’autres caractéristiques équivalentes, mais leur masse est 3.000 fois plus importante. C’est au cours de leur désintégration qu’on peut observer les processus regroupés sous le nom de «nouvelle physique». Cette dernière est censée expliquer les origines de la masse, de la matière noire et de l’énergie.   

«Dans ce domaine, la Fabrique Super S-tau de Novossibirsk sera un leader mondial incontestable, estime Valeri Roubakov, directeur de recherche de l’Instritut des études nucléaires de l’Académie des sciences de Russie. Si la nouvelle physique produisait de nouveaux phénomènes impliquant les leptons tau (plusieurs théories suggèrent une telle conclusion), c’est la Fabrique Super S-Tau qui fera des découvertes majeures dans ce domaine de la science fondamentale».

Selon Oleg Teriaev, chef de département au laboratoire de physique théorique de l’Institut unifié des recherches nucléaires, la désintégration des leptons tau dévoile des détails fins de la naissance et de l’annihilation des particules dans le vide. Cela contribue aux recherches d’autres particules, les muons, où l'on constate depuis des années une certaine divergence entre les résultats des expériences et les prévisions du modèle standard. Si ces divergences étaient liées à la nouvelle physique, elles devraient se manifester au cours des expériences de haute précision de la Fabrique Super S-tau, affirme l’expert.  

Un nouveau logiciel russe sera élaboré pour le Grand collisionneur de hadrons - Sputnik France
Un nouveau logiciel russe sera élaboré pour le Grand collisionneur de hadrons
Outre l’étude détaillée des caractéristiques des leptons tau, les scientifiques envisagent de rechercher et d’étudier des formes absolument nouvelles de matière.

«On ne peut pas affirmer avec certitude que la Fabrique Super S-tau permettra à coup sûr de voir tout ce qui n’est pas décrit par le modèle standard, ajoute l’académicien Pavel Logatchev, directeur de l’Institut de physique nucléaire Boudker auprès du Département sibérien de l’Académie des sciences de Russie. Même si l’on n’observait pas de phénomènes de ce genre, la compréhension de la physique dans ce domaine serait considérablement améliorée, ce qui est déjà intéressant et absolument nécessaire pour continuer la recherche de phénomènes dépassant les limites du modèle standard».

Qui plus est, la Fabrique Super S-tau devrait assurer le développement de tout un nombre de secteurs innovants. La création des collisionneurs fait avancer les nouvelles technologies de détection de différents rayonnements nécessaires pour dépister les particules. Les mêmes technologies servent à créer des équipements médicaux, notamment relatifs à la radiographie numérique ou aux systèmes d’inspection.

Aujourd’hui, les scientifiques planchent dans le détail sur les objectifs concrets du projet Super S-tau. Un groupe développe notamment le modèle numérique du futur collisionneur. En effet, les physiciens doivent définir d'avance les modalités de la collision des faisceaux, de la naissance des particules, de la formation des signaux dans les capteurs et de leur traitement.  

Les opinions exprimées dans ce contenu n'engagent que la responsabilité de l'auteur de l'article repris d'un média russe et traduit dans son intégralité en français.

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