Temps Higgs : 5 indicateurs à observer

13 Décembre, nous y sommes : les rumeurs sur le boson de Higgs qui bruissent dans la communauté et ailleurs vont enfin être confirmées, à 14h aujourd’hui au CERN. 5 aspects à surveiller


1. Les annonces :


Les faits, d’abord les faits. Communiqué de presse:

A seminar will be held at CERN on 13 December at which the ATLAS and CMS experiments will present the status of their searches for the Standard Model Higgs boson. These results will be based on the analysis of considerably more data than those presented at the summer conferences, sufficient to make significant progress in the search for the Higgs boson, but not enough to make any conclusive statement on the existence or non-existence of the Higgs.

On peut d’ores et déjà anticiper en creux ce qui sera dit :

  • « significant progress » : des news importantes et probablement convergentes, dans la recherche du boson de Higgs. Les rumeurs seraient que deux expériences indépendantes au LHC, ATLAS et CMS, auraient détecté un signal concordant, indiquant une possible nouvelle particule
  • « These results will be based on the analysis of considerably more data than those presented at the summer conferences,sufficient to make significant progress in the search for the Higgs boson » : bref, c’est du lourd faites venir la presse !
  • « but not enough to make any conclusive statement on the existence or non-existence of the Higgs. » surtout, ne pas s’affoler, ne pas anticiper une découverte ou une non découverte, au risque de reproduire l’expérience du neutrinogate !


2. La presse

Car nous avons tous en tête l’annonce d’il y a quelques semaines des neutrinos allant plus vite que la lumière. Gros titres immédiats, « Einstein dépassé », etc… alors que l’expérience demande encore à être reproduite et confirmée indépendamment.

Après cette affaire ayant suscité gros titres mediatiques et exagérations, le CERN va devoir faire preuve de trésors de pédagogie et de nuance. Comme explicité dans cet article de Sean Carroll, il faudra calmement expliquer qu’on a des indications mais non pas des preuves de l’existence du Higgs. On peut d’ailleurs voir que tous les physiciens sérieux présents online inondent d’ores et déjà les réseaux sociaux de nuances et de prudence dans une attaque préventive anti-sloppy science.

J’aime particulièrement ce soir la twittline de Matt Strassler, qui rappelle quelques spectaculaires annonces passées. Vous souvenez-vous des Pentaquarks (6 sigma en 2003) ? du Quark top orwellien ? Moi non plus, tout ça était du beau bruit, bien imaginaire. Ecoutons la voix de la sagesse :

Doing science at the frontier, you often run into subtle problems nobody thought of

(et bing aussi pour la particule de Dieu :

« BookPublisher pressured Lederman [to use `God particle']; yes, and he gave in, to the detriment of both science and religion.

)


3. Le « look elsewhere effect »

Ce que craignent par-dessus tout les physiciens, c’est un effet statistique trompeur, appelé « look elsewhere effect » (« effet regarde autre-part », voir aussi le blog de Strassler ).

Imaginez que vous jouiez au loto, priez très fort, et que par bonheur, vous gagniez. Est-ce votre destinée ? Est-ce que c’est un signe que Dieu existe ? A priori, vous-même pourriez en être convaincu, les chances de gagner au loto étant de 1 sur 14 millions (environ). Sauf que … toutes les semaines ou presque, quelqu’un gagne au loto. S’il est très improbable qu’une personne en particulier gagne au loto, il est au contraire très probable qu’il y ait un gagnant.

Il en va de même pour les expériences de physique de particules. Une expérience lambda compare une courbe expérimentale à une courbe théorique, prédite par le modèle standard (signalons d’ailleurs en aparté que c’est un très bon exemple d’utilisation de modèles mathématiques prédictifs pour faire des découvertes). Imaginez qu’on observe expérimentalement une déviation entre la courbe théorique et la courbe expérimentale, a-t-on découvert quelque chose ? Se pose le même problème qu’au loto : il peut être très improbable a priori de voir statistiquement une déviation de la courbe à un endroit donné, mais sur la totalité de la courbe, il est très probable d’avoir une déviation significative quelque part.

Tout cela demande donc des statistiques relativement sophistiquées. Vous avez peut-être entendu parler des mesures statistiques sur le boson de Higgs en fonction des « sigma ». Ces sigma, c’est exactement les fameuses « marges d’erreurs » des sondages. Vous pouvez ainsi voir les expériences de physique de particules comme les sondages de la matière. On fait un maximum d’expériences pour réduire l’incertitude du résultat trouvé. Un sigma égal à 2 représente les fameux 3% des sondages réalisés sur environ 1000 personnes : cela veut dire que si on prend un résultat d’un sondage, le vote a 95% de chances d’être dans un intervalle de -3%/+3% par rapport au sondage. Un sigma égal à 3, cela représente 4.5 % : un vote a 99.7% de chances d’être dans un intervalle de -4.5%/+4.5% par rapport au sondage, etc…

Les expériences de physique de particules regardent les déviations par rapport à la théorie. On calcule la moyenne prédite, on fait l’expérience, et on regarde à « combien de sigma » on est de la prédiction théorique en fonction du nombre d’expériences réalisées. Pour considérer qu’il y a découverte, les physiciens des particules considèrent qu’il faut que la mesure soit différente d’au moins de 5 sigma de la moyenne attendue (notamment à cause, donc, du « look elsewhere effect »). Pour reprendre l’image du sondage sur 1000 personnes, 5 sigma c’est « seulement » 7.5 %, donc un physicien des particules considère qu’il a la preuve qu’un sondage est truqué/mal fait seulement si l’écart entre le vote et le sondage est d’au moins 7.5%.

4. Le LHC et le CERN

Il y a quelques semaines, j’avais fait un billet de science-fiction pessimiste sur le LHC, comme en écho à ma réponse à Daniel S. Le boson de Higgs, c’est l’argument « vendeur » majeur du LHC, celui qui a peut-être convaincu et pouvoir politique, et grand public de son intérêt. Il valait donc mieux qu’il soit découvert. Et si c’est le cas c’est le jackpot en terme de relations publiques, la preuve que les physiciens sont géniaux et efficaces (seulement 1 an de quête !). Et on pourra d’autant mieux négocier d’éventuelles rallonges budgetaires/nouveaux appareils/nouveaux accélérateurs côté CERN … Ce qui m’amène à mon dernier endroit à surveiller …

5. Wall Street

Non pas que les traders seraient enthousiastes et que le marché devienne eupohorique suite aux annonces de demain. Mais plutôt que le côté un peu obscur de la découverte du Higgs, c’est de mettre (encore) en lumière une partie de la physique hyper spécialisée et hyper médiatisée, où, quoi qu’on en dise, le nombre de jobs et de découvertes majeures à faire restent probablement limités. D’un côté, en tant que prof de physique, je me dis que toute pub est bonne à prendre. Mais de l’autre, je rencontre aussi maintenant de plus en plus de jeunes étudiants, la tête bien pleine et bien faite, qui ne savent pas quoi faire de leurs études de physique et pour qui le débouché naturel devient la finance. Est-ce vraiment pour le meilleur ? Surfons sur les succès de cette physique pour faire aimer la physique et le raisonnement physique en général, y compris pour d’autres domaines où on a bien besoin de physiciens (de l’énergie au climat en passant par la biophysique ;) )

Update post-conférence de presse : tout est dit dans ce communiqué du CERN . Un petit peu déçu de mon côté même si la plupart des rumeurs ont été confirmées, à savoir qu’il y a des « bumps » à 2-3 sigmas dans les deux manips, ATLAS et CMS, à peu près au même endroit mais pas exactement. Clairement, si Higgs il y a, sa position est maintenant identifiée (autour de 125-126 Gev). Il faut accumuler des données pour être surs. Certains sont convaincus qu’on voit le Higgs, d’autres moins.

6 réflexions au sujet de « Temps Higgs : 5 indicateurs à observer »

  1. Je vois bien les vertus pédagogiques de la comparaison avec les marges d’erreur des sondages, mais… le problème est que ces marges d’erreur ne sont quantifiables que si le sondage est un sondage aléatoire. Or, ce n’est quasiment jamais le cas. Du coup, les prétendues « marges d’erreur » des sondeurs ne sont qu’une version pseudo-savante du doigt mouillé (sans compter le choix, là encore au doigt mouillé, de coefficients de redressement gardés secrets).
    Ajoutons que la marge d’erreur de 3 % pour 1000 sondés est calculée, en sondage aléatoire, pour une valeur estimée de 50 %. Dès que la valeur estimée s’éloigne de ce chiffre, la marge d’erreur (ou plutôt, l’écart-type) augmente. Mais tu sais tout cela.

  2. Ping : Newton, le petit Jésus et la théorie du tout | Matières Vivantes

  3. Ping : A quoi ressemble le boson de Higgs ? | A la source

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