Développé par un centre de recherche étasunien de premier plan au niveau mondial, l’Electron-Ion Collider (EIC) est un collisionneur géant de nouvelle génération. Actuellement en cours de construction, l’installation aura la particularité d’être pilotée par l’intelligence artificielle, une petite révolution pour les chercheurs.

Le projet phare de la physique nucléaire mondiale pour les prochaines décennies

Situé dans l’état de New York (Etats-Unis), le Laboratoire national de Brookhaven (BNL) se classe parmi les institutions scientifiques les plus prestigieuses de la planète depuis sa création en 1947. Oeuvrant dans divers domaines tels que la physique nucléaire, la physique des particules et la science des matériaux, cette institution compte pas moins de sept prix Nobel, principalement en physique.

Sur son site Internet, le BNL a détaillé son nouveau projet de grande ampleur : l’Electron-Ion Collider (EIC). Il s’agit d’un accélérateur de particules de nouvelle génération pensé comme un « microscope géant pour atomes » et considéré comme étant le projet phare de la physique nucléaire mondiale pour les prochaines décennies. L’EIC est actuellement en cours de construction au BNL et devrait être mis en service dans le milieu des années 2030. Coût total de l’opération : environ 2,4 milliards d’euros.

Ce projet d’ampleur intègre par ailleurs la notion de recyclage d’infrastructure. En effet, le BNL réutilise l’infrastructure d’un autre collisionneur, à savoir le Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) dont l’exploitation scientifique s’est terminée au début de l’année 2026. Ainsi, l’anneau souterrain d’une longueur de 3,8 kilomètres devrait accueillir l’EIC.

Crédit : Laboratoire national de Brookhaven (BNL)

Très différent du CERN

Après son installation, l’Electron-Ion Collider aura pour mission d’observer jusqu’à 500 000 collisions par seconde, afin de mieux comprendre la structure de la matière, ses mouvements et ses caractéristiques. Ses principaux objectifs s’articuleront autour de la chromodynamique quantique (QCD), c’est à dire la théorie scientifique visant à expliquer la force la plus puissante de la nature : l’interaction forte.

Cependant, il faut savoir que contrairement au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN utilisant la force brute pour fracasser des protons entre eux, l’EIC aura recours à des électrons. Dans la mesure où l’électron n’a pas de sous-structure connue, celui-ci servira de sonde dite « propre » afin de radiographier l’intérieur des noyaux atomiques de façon chirurgicale.

Une IA indispensable au fonctionnement de l’accélérateur

L’EIC se distingue des habituels accélérateurs de particules par son intégration native de l’intelligence artificielle. Il faut dire que les ingénieurs ont rapidement compris que la stabilité de l’installation reposera sur une dizaine de milliers de paramètres à prendre en compte, une fonction qu’un humain ne sera pas capable d’assurer aussi rapidement que l’IA. Pour les chercheurs, il est question d’une sorte de supervision informatique obtenue grâce à l’apprentissage automatique. A terme, l’IA devrait se montrer capable de surveiller les conditions en temps réel et de procéder à des ajustements des commandes, si besoin est. Soulignons que les scientifiques du BNL ont déjà effectué des tests sur d’anciens accélérateurs, dont le RHIC. Selon les résultats, les algorithmes sont déjà capables d’atteindre un niveau de précision comparable à celui des opérateurs humains.

Évoquons enfin l’Electron-Proton/Ion Collider experiment (ePIC), le grand instrument de mesure scientifique en cours de développement pour équiper l’EIC. Or, si l’EIC est le moteur propulsant les particules, l’ePIC est un genre d’appareil photo ultra-rapide se trouvant exactement là où les électrons et les ions se percutent. Son rôle est d’enregistrer la trajectoire, l’énergie et l’identité de chaque particule projetée par la collision. A terme, l’IA devrait être indispensable pour trier et analyser les flux de données de l’installation, dont le débit sera d’environ 100 gigabits par seconde.