Les physiciens des hautes énergies perdent la main.
Depuis le début des années 1980 les physiciens des hautes énergies envisageaient sérieusement découvrir d’une façon linéaire tous les constituants de ce qu’ils nomment le Modèle Standard des particules élémentaires et lorsqu’ils auront atteint cet objectif l’au-delà du Modèle Standard (MS) sera fléché par les failles et les incomplétudes qui se révèleront au sein même du MS. A partir de là, il (était) est pensé qu’il suffit de disposer de collisionneur atteignant des niveaux d’énergie de plus en plus élevés, au centre de masse de la collision : particules-particules ou particules-antiparticules, pour qu’il soit observé dans les détecteurs de plus en plus performants les éléments constitutifs de l’au-delà du MS.
Cette perspective d’une progression linéaire irrémédiable de découvertes (était) est alimentée par la perspective qu’il y (avait) a un chemin qui conduit à l’obtention d’une unification des forces fondamentales et des particules fondamentales qui agissent dans notre univers et ceci est en accord avec la théorie du Big Bang puisque le premier souffle de l’univers est celui d’un rayonnement extraordinaire.
En 2003 un livre de très grande qualité a été publié : ‘Large Hadron Collider Phenomenolgy’ ; ‘La phénoménologie au cœur du Grand Collisionneur d’Hadrons’, et remarquablement il annonçait avec une très grande précision tout ce qui était prévu d’observer dès que le LHC fonctionnera et en plus : comment on ira au-delà, bref le chemin était tout tracé. On annonçait aussi quels étaient les futurs instruments qu’il fallait concevoir pour prolonger ce qui assurément se laisserait voir dans le LHC.
Etonnamment le premier, sérieux, grain de sable c’est que le boson de Higgs observé péniblement en 2012 est parfaitement conforme à la prédiction théorique du MS, sans aucune autre indication. En fait ce succès est frustrant et l’impression qu’une impasse est atteinte est de plus en plus partagée maintenant par la communauté des physiciens des hautes énergies. Pas d’alternatives à l’horizon.
Jusqu’à maintenant ces physiciens avaient obtenu assez facilement les budgets nécessaires pour construire et faire fonctionner ces énormes machines qui nous permettaient de comprendre de mieux en mieux la structure la plus élémentaire de la matière ainsi que les forces qui régissent notre univers. Le problème c’est que maintenant il n’y a plus d’extraordinaires perspectives à faire valoir auprès des décideurs publics pour mobiliser les premiers milliards de dollars nécessaires à ces projets.
Ainsi le 23/12/2018, un article, sur le site Nature, indiquait que l’heure de vérité s’approchait et l’optimisme n’était pas de mise. J’en propose une traduction et des commentaires ci-dessous :
Le projet du prochain grand collisionneur de particules au monde subit un revers important.
Le Comité scientifique japonais interroge le montant du coût du projet de plusieurs milliards de dollars, mais la décision incombe au gouvernement.
Le projet de construire un collisionneur de particules au Japon pour succéder au LHC a subi un revers significatif. Un rapport influent de scientifiques japonais a conclu qu'il n’était pas possible de soutenir le projet de construire le collisionneur linéaire international (ILC) dans le pays. L’ILC a été étudié et conçu depuis de nombreuses années et il est censé permettre l’étude du boson de Higgs découvert en 2012 qui est considéré comme la dernière pièce du puzzle pour les physiciens des particules du 'modèle standard'.
Mais les découvertes prévues pour justifier la construction de l’ILC ne sont pas pleinement à la mesure du coût de près de 7 milliards de dollars, a déclaré un comité du Conseil Scientifique du Japon dans un rapport publié le 19 décembre, selon les comptes rendus de la presse. En tant que pays hôte, le Japon serait censé financer de l’ordre de la moitié du coût total. Le comité, qui conseille le gouvernement, a ajouté que l'incertitude quant à savoir si les partenaires internationaux partageraient les coûts du projet augmente ses préoccupations. L'accélérateur proposé — qui serait de plus de 20 kilomètres de long — permettrait aux physiciens de détecter précisément les produits des collisions entre les électrons et les positrons.
Le gouvernement utilisera maintenant ce rapport, qui reflète les opinions de la communauté académique au Japon et pas seulement celles des physiciens des hautes énergies, pour guider sa décision sur l'opportunité d'héberger l'installation. Une décision est attendue pour le 7 mars (sic), lorsque le groupe international qui supervise le développement de l’ILC : le ‘Linear Collider Board’, se réunira à Tokyo.
Les physiciens se sont déclarés préoccupés par les conclusions du Comité. "Ce sont de très mauvaises nouvelles, car cela rend très improbable que l’ILC sera construit au Japon et probablement pas du tout." a tweeté Axel Maas, un physicien théoricien de l'Université de Graz en Autriche.
« Cependant, le Comité a déclaré que le fondement scientifique pour la construction de l’ILC était solide », déclare Hitoshi Yamamoto, physicien à l'Université de Tohoku à Sendai et membre de la collaboration ILC. Le Comité a également reconnu que le collisionneur est considéré par la communauté de la physique des particules comme la priorité absolue parmi les projets futurs possibles, ajoute-t-il.
Le projet a maintenant besoin de bonnes nouvelles, dit Yamamoto. Avec des financements serrés dans le monde entier, « la situation de l’ILC s'aggrave rapidement », dit-il. « Une annonce positive du gouvernement japonais inversera la tendance et amènera soudainement l’ILC au niveau de projet prioritaire. », dit Yamamoto.
Toutes les craintes que d'autres domaines de la science au Japon pourraient souffrir si ce projet coûteux va de l'avant est compréhensible, dit Brian Foster, un physicien à l'Université d'Oxford, et membre de l'équipe de la conception de l'installation. Mais il précise que la position pessimiste du Conseil ne signifie pas nécessairement que le gouvernement ne soutiendra pas le projet. « Si le gouvernement veut le faire, il le fera », affirme-t-il.
Nation solitaire.
Le Japon est la seule nation jusqu'à présent à manifester de l'intérêt pour le collisionneur, et une décision sur la question de savoir s'il accueillera l'installation est attendue depuis longtemps. Des physiciens japonais ont proposé à la communauté internationale de construire l'installation au Japon en 2012, après que les scientifiques du LHC découvrirent le boson de Higgs, particule impliquée dans le mécanisme par lequel toutes les autres particules fondamentales acquièrent leur masse.
Les physiciens voulaient utiliser la nouvelle installation pour étudier tous les phénomènes que le LHC aurait découvert. Ils savent que le modèle standard est incomplet et espèrent que des particules d'énergie plus élevée inconnues pourraient aider à expliquer des mystères très anciens tels que par exemple : la nature de la matière noire.
Mais les plans pour le collisionneur ont stagné parce qu'aucune des Nations n'ont offert de financement, et en raison de l'incapacité du LHC à trouver de nouveaux phénomènes au-delà du boson de Higgs (sic). En 2017, les physiciens ont réduit leurs ambitions pour l'ILC, proposant une conception plus courte et moins consommatrice en énergie qui se concentrerait uniquement sur le Higgs
Pour les physiciens, une « usine à Higgs » serait encore extrêmement précieuse. Puisque les électrons et les positrons sont des particules fondamentales, leurs collisions seraient plus propres que les collisions proton – proton au LHC. En ciblant les collisions à la bonne énergie, le collisionneur projeté produirait des millions de bosons de Higgs pour des études qui pourraient révéler une nouvelle physique indirectement, en explorant comment le boson de Higgs interagit avec les autres particules connues.
Les chercheurs en Chine, qui ont récemment proposé de construire une usine à Higgs en forme d’anneau de 100 kilomètres de diamètre, examineront aussi attentivement le rapport. Ils ont besoin de financements des gouvernements chinois et étrangers pour construire cette installation. Bien que les physiciens des particules aimeraient voir les deux collisionneurs construits, les partenaires internationaux sont susceptibles de ne financer qu’une seule usine à Higgs. Si l’ILC reçoit le soutien de toute la communauté de la physique des hautes énergies, cela peut réduire les chances pour le collisionneur chinois d’être construit, bien que le pays pourrait décider aussi d’y aller seul.
Sur le site de ‘Futura Science’, à la date du 23/11/2018, fut publié un article : « La Chine envisage la construction d’un LHC de 100 km de circonférence. »
Comme cela est indiqué, les enjeux scientifiques ne sont pas vraiment prioritaires mais les enjeux géopolitiques le sont. Comprenons bien que l’intention d’accéder au rôle de leader dans le monde se joue obligatoirement sur plusieurs domaines et ceux concernant le domaine intellectuel, le domaine de la connaissance en physique, sont très importants. D’autant que la maitrise des instruments en question implique une maitrise technologique du plus haut niveau. Je cite :
« La Chine envisage sérieusement de construire un équivalent du LHC de 100 kilomètres de circonférence et semble bien décidée à réaliser, déjà à l'horizon 2030, un collisionneur électron-positron de taille équivalente en prélude, comme l'avaient fait les Européens avec le LEP. L'utilité de ces machines ne va malheureusement pas de soi...
La Chine vient de faire savoir qu'elle avait toujours l'intention de ravir aux Européens le leadership dans la course aux hautes énergies en physique des particules. »
Comme le rappelait Futura dans un article précédent, les Européens ont, eux aussi, dans leur carton des études pour un LHC de 100 km de circonférence et un projet, non pas de collisionneur circulaire mais linéaire d'électrons et de positrons, a déjà été mené à son terme pour des études préliminaires depuis des années et attend un feu vert pour être construit. Il s'agit de l'International Linear Collider (ILC). Les Japonais en particulier s'y sont très impliqués (sic). Toutefois, on peut se demander aujourd'hui si la construction de ces machines est bien sérieuse. Je cite à nouveau l’article de Futura Science :
«
Déjà en 2016, le physicien chinois Chen-Ning Yang - célèbre physicien pour avoir décroché avec son collègue Tsung-Dao Lee le prix Nobel de physique pour ses travaux sur la violation de la parité en physique des particules et avoir été à l'origine des fameuses théories de Yang-Mills à la base de toute la physique du modèle standard - avait fait savoir qu'il n'était pas favorable à la réalisation du SPPC.
Bien que l'on puisse nuancer et même réfuter certaines des critiques faites par Yang pour la construction des deux machines, comme l'expliquait le physicien et mathématicien John Baez, on ne peut s'empêcher de pencher en faveur de Yang.
En effet, au moment où le LHC est entré en service, on avait de multiples et bonnes raisons de s'attendre à une révolution majeure en physique fondamentale. En effet, plusieurs arguments théoriques très crédibles laissaient espérer la découverte, en quelques années tout au plus, de nouvelles particules prédites par la théorie de la supersymétrie, la théorie des cordes et surtout la production de micro-trous noirs s'évaporant par effet Hawking à des énergies de l'ordre de quelques TeV.
Le LHC a fait de façon routinière des collisions à 13 TeV, avec une luminosité de faisceaux déjà élevée... et aucune nouvelle particule n'a montré ne serait-ce que le bout de son nez. Nous n'avons pas d'arguments théoriques laissant espérer vraiment des nouvelles particules au-delà de 10 TeV, à part quelques-unes prédites par la split supersymétrie, mais des résultats d'expériences récentes sur le moment dipolaire des électrons sont plutôt une douche froide à cet égard. Pire, la faible masse du boson de Higgs laisse entendre que le modèle standard pourrait bien être valable jusqu'à l'énergie de Planck, ce qui veut bien dire qu'aucune nouvelle physique ne devrait apparaître dans les collisionneurs que pourrait construire l'humanité, ou pour le moins aucune nouvelle particule.
On peut donc légitimement se demander, en l'absence de nouveaux arguments théoriques et expérimentaux et devant la crise à laquelle l'humanité est confrontée avec le réchauffement climatique, l’énergie et les ressources, si des milliards ne seront pas mieux utilisés pour la mise au point de nouveaux réacteurs nucléaires, par exemple au thorium. Il est vrai cependant que la Chine s'est aussi engagée dans ce type de recherche (sic). »
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