Un britannique nommé pour coordonner la participation européenne au collisionneur linéaire
Depuis plusieurs décennies, les physiciens s’efforcent de mieux comprendre les relations qui existent entre trois types de forces :
l’interaction forte qui lie les noyaux,
la force électromagnétique et l’interaction faible qui cause les désintégrations radioactives bêta,
et tous les processus mettant en jeu des neutrinos.
Ces travaux ont donné naissance aux théories de jauge qui impliquent l’existence de particules vecteurs des forces, les bosons de jauge, qui sont de spin entier et de masse nulle. Ces idées forment la base du modèle standard dont les prédictions ont été confirmées par un grand nombre d’expériences. Dans ce cadre, les forces sont exercées sur les constituants fondamentaux de la matière, les quarks et les leptons, par l’échange de bosons de jauge. Ainsi, un groupe de huit gluons sert de vecteur pour l’interaction forte tandis que le photon joue ce rôle pour la force électromagnétique. L’interaction faible, quant à elle, nécessite des vecteurs de force relativement massifs en raison de sa courte portée : il s’agit des bosons W+, W- et Z0. Toutefois les physiciens se heurtent à un problème car la masse de ces bosons n’est pas nulle. Cet obstacle peut être surmonté théoriquement si l’on considère l’existence dans le vide de champs de Higgs. Certains champs de Higgs peuvent être absorbés par les bosons W+, W- et Z0 qui acquièrent de ce fait une masse. Les autres champs de Higgs deviennent des particules observables : les bosons de Higgs. Les particules vecteurs de l’interaction faible ne sont pas les seules à expérimenter l’influence du boson de Higgs : les autres particules élémentaires sont également couplées avec lui et les physiciens estiment donc que le boson de Higgs pourrait être lié aux valeurs des masses des diverses particules.
Quoique les interactions électromagnétique et faible semblent différentes, elles sont en fait unifiées. Des expériences réalisées au cours des vingt dernières années en utilisant les accélérateurs du CERN (Genève, Suisse), du « Standford Linear Accelerator Centre » (SLAC, université de Standford, Etats-Unis) et du Fermilab (le « Fermi National Accelerator Laboratory », Etats-Unis) ont permis de découvrir les bosons W et Z, de démontrer leur proche relation avec le photon et d’établir de façon ferme l’existence de l’interaction électrofaible. Toutefois le boson de Higgs échappe encore aux physiciens. Les scientifiques s’attendent à ce que sa masse soit élevée, de l’ordre de 200 fois celle du proton. Mais une masse élevée implique une durée de vie brève et nécessite des énergies de collision très élevées pour détecter la particule. Le grand collisionneur de hadrons (ou LHC pour « Large Hadron Collider ») actuellement en construction au CERN a été conçu pour traquer le boson de Higgs. Le LHC devrait permettre la collision de protons à une énergie de 14 TeV. Mais les physiciens ont vite senti le besoin d’une autre machine qui viendrait en complément du LHC : il s’agit d’un collisionneur linéaire ou « Linear Collider » (LC), long d’une quarantaine de kilomètres, qui permettrait des collisions entre électrons et positrons, initialement à une énergie de 500 GeV. La communauté scientifique espère qu’un tel instrument (dont l’emplacement s’il venait à être construit n’a pas été déterminé) pourrait produire des bosons de Higgs avec un bruit de fond inférieur à celui observé sur le LHC. Il pourrait également s’avérer pertinent pour d’autres champs de la physique, en particulier l’étude des neutrinos ou de la matière noire dont on sait qu’elle constitue l’un des composants de l’univers.
En ce qui concerne les accélérateurs linéaires, deux technologies sont actuellement disponibles : la première est la technologie TESLA dont le laboratoire de physique des particules allemand DESY situé à proximité de Hambourg (Allemagne) a été le pionnier. La seconde technologie intitulée JLC/NLC est issue du programme de R&D commun entre le SLAC et l’accélérateur KEK situé à Tsukuba (Japon). La principale différence entre les deux expériences réside dans la fréquence des champs électriques utilisés pour accélérer les particules.
Le collisionneur linéaire serait fondamentalement de nature internationale : le « Global Design Effort » a été mis en place pour coordonner la conception de l’« International Linear Collider ». Des directeurs régionaux pour l’Asie et pour l’Amérique du Nord ont déjà été nommés et, le 20 juin 2005, le professeur Brian Foster a été nommé au poste de directeur régional pour l’Europe. Brian Foster est professeur de physique expérimentale à l’université d’Oxford et occupait depuis juillet 2002 la présidence du Comité européen sur les futurs accélérateurs. Il est également membre du conseil du « Particle Physics and Astronomy Research Council » (PPARC), la principale agence de financement britannique pour la physique des particules et l’astronomie. Les britanniques ont depuis longtemps déclaré leur intérêt pour le collisionneur linéaire et selon les mots mêmes de Richard Wade, le directeur général du PPARC, cette « nomination souligne davantage le rôle important et moteur que joue le Royaume-Uni dans la préparation de cet excitant projet global. La mise en place de deux Instituts universitaires de recherche sur les accélérateurs au Royaume-Uni et notre participation prévue au « Global Design Effort » sont des éléments clés de notre stratégie future ».
Sources : PPARC, 20/06/05 ; « International Linear Collider Information »
Auteur : Dr Anne Prost