Le Futur collisionneur circulaire (FCC) est un projet immense, destiné à succéder au Grand collisionneur de hadrons (LHC), dont le CERN de Genève est évaluer la faisabilité: s'il est approuvé, ce sera le plus grand accélérateur (ou plutôt collisionneur) de particules au monde, avec un tunnel circulaire de 91 km situé à environ 200 mètres sous terre à Genève. A titre de comparaison, le plus grand accélérateur du monde est actuellement le LHC, également au CERN, où a été détecté pour la première fois le boson de Higgs, dont l'anneau a une circonférence de « seulement » 27 km. Le nouveau FCC pourra atteindre des énergies jusqu'à 100 TeV (téraélectronvolts), soit plus de 7 fois la valeur maximale atteignable par le LHC (14 TeV). La nécessité d'un accélérateur plus grand et plus puissant découle du fait que la physique contemporaine est encore encombrée de questions non résolues que le LHC est incapable de résoudre, et pour lesquelles il faut des énergies plus élevées que celles que nous pouvons atteindre aujourd'hui.
Comment sera fabriqué le futur collisionneur circulaire
Le projet du futur collisionneur circulaire envisage dans un premier temps un collisionneur d'électrons (FCC-ee) qui deviendra par la suite un collisionneur de hadrons (FCC-hh), en l’occurrence des protons. Si l’étude de faisabilité (qui durera jusqu’en 2025) aboutit, le projet pourrait être approuvé et construit après 2035. Les premiers faisceaux d’électrons du FCC-ee pourraient devenir opérationnels en 2045, tandis que le FCC-hh entrerait en service vers 2070.
Le nouvel accélérateur sera positionné à proximité du LHC afin de pouvoir exploiter l'énergie du Grand collisionneur de hadrons et en recevoir des particules afin de les accélérer davantage. Comme pour le LHC, le FCC devra également subir des tests rigoureux contraintes hydrogéologiques de la région genevoise.
Les objectifs et les motivations de FCC
Si elle est approuvée, FCC deviendra l'un des des outils plus complets et plus efficaces pour aider à résoudre certains des questions ouvertes de physique Contemporain. Depuis la découverte du boson de Higgs, de nombreuses questions restent encore ouvertes : quel rôle a joué le boson de Higgs lors du Big Bang ? Comment cela a-t-il affecté l’Univers ? Comment expliquer la matière noire ou l’excès de matière par rapport à l’antimatière ?
Certains scénarios suggèrent l'existence de particules plus lourdes et nouveaux par rapport à ceux connus et identifiés à ce jour. Et pour étudier l’existence de ces particules, il faut un accélérateur plus puissant et plus énergétique que le LHC. D'autres scénarios suggèrent l'idée de particules plus légères, dont la détection nécessiterait d’énormes quantités de données et une très grande sensibilité. En améliorant la précision, la sensibilité et l'énergie, le programme de recherche de FCC vise à explorer ces nouveaux horizons.
Pour ce faire, différentes options entre accélérateurs linéaires et circulaires ont été comparées. En raison de la légèreté du boson de Higgs et de l'absence de nouvelles particules élémentaires dans le LHC, un accélérateur circulaire avec une luminosité plus élevée, qui entre d'abord en collision avec des électrons puis avec des protons.
Par ailleurs, le projet FCC renforcerait la Leadership européen dans la recherche du 21e siècle. Le développement technologique et les compétences transversales nécessaires pour mener à bien ces travaux proviennent de plus de 150 universités, instituts de recherche et partenaires industriels de plus de 30 pays. Les technologies de plus en plus avancées devront également prendre en compte la durabilité énergétique et l'économie circulaire dans toutes les phases de la vie de l'accélérateur.
Les chiffres FCC : taille, énergie et coûts
Le long tunnel circulaire 90,7km devrait être situé entre 180 et 400 m de profondeur.
Ils aimeraient atteindre plus que 350 GeV d'énergie dans les collisions électroniques Et à propos 100 TeV d'énergie dans les collisions entre protons, soit huit fois l'énergie qui peut actuellement être concentrée lors des collisions de protons au LHC. Comme pour le LHC, il consistera en 8 points d'accès et accueillera 4 grandes expériences souterraines.
L'ensemble du projet coûtera environ 15 milliards de francs réparti sur une période de 15 ans. Le tunnel à lui seul coûtera environ un tiers du total et on estime qu'environ 16,4 millions de tonnes de matériaux seront creusées en 5 ans.
Pendant le fonctionnement, la consommation électrique estimée varie de 1 à 1,8 TWh par an. En ce qui concerne la consommation d'eau, nous parlons d'environ 3 millions de mètres cubes d'eau par anégale à la valeur actuelle utilisée pour le LHC.