Les résultats d’une nouvelle enquête sur les étranges flashs lumineux captés par le Grand collisionneur de hadrons (LHC) en décembre dernier viennent d’être annoncés lors d’une conférence en Italie, et les physiciens s’enthousiasment prudemment à l’idée qu’ils pourraient être les signes d’une nouvelle particule susceptible de briser le modèle standard de la physique.
Bien que d’autres expériences soient encore nécessaires pour confirmer si cet excès apparent de photons est vraiment la preuve d’une nouvelle particule, le fait que personne n’ait été en mesure de réfuter ce que les physiciens ont vu laisse penser que nous pourrions être sur le point de découvrir quelque chose d’extraordinaire. “Si cette chose s’avère réelle, c’est un 10 sur l’échelle de Richter de la physique des particules”, a déclaré au Guardian le physicien John Ellis, du King’s College de Londres, et ancien responsable de la théorie au CERN. “L’excitomètre d’une personne est totalement cassé.”
Avant que vous ne régliez tous vos propres excitomètres sur “Holy crap !”, passons en revue ce qui vient de se passer ici, car si cela pourrait être les signes de quelque chose d’énorme en marche, cela pourrait aussi n’être rien – juste la plus folle des coïncidences statistiques.
“J’adorerais que cela persiste, mais j’ai vu tellement d’effets aller et venir que je dois dire en mon for intérieur que je ne suis pas très optimiste”, déclare Ellis. “Ce serait une découverte tellement fantastique si elle était vraie, précisément parce qu’elle est inattendue, et parce qu’elle serait le sommet d’un iceberg de nouvelles formes de matière.”
En décembre dernier, les physiciens ont appris que les deux principaux détecteurs du LHC, Atlas et CMS, avaient tous deux observé les mêmes petits “blips” dans leurs données qui ne pouvaient être expliqués par notre compréhension actuelle des lois de la physique.
Lorsque des protons ont été écrasés à l’intérieur de ces détecteurs massifs, la réaction a produit un peu plus de photons de haute énergie (particules de lumière) que ne le prévoient nos meilleures théories de la physique, explique Ian Sample dans The Guardian.
Plus précisément, les détecteurs CMS et ATLAS ont enregistré un pic d’activité à un niveau d’énergie particulier, correspondant à environ 750 gigaélectronvolts (GeV) – ou approximativement 750 milliards d’électronvolts.
Trouvé caché dans les débris de ces collisions proton-proton, ce signal inexpliqué pourrait être le signe d’une nouvelle particule qui ressemble au boson de Higgs, mais qui serait environ 12 fois plus lourde, avec une masse de 1 500 GeV, ont annoncé l’an dernier des équipes de physiciens qui analysaient les données.
Au moment de la découverte, certains physiciens faisaient référence à la nouvelle particule hypothétique comme étant le cousin plus lourd du boson de Higgs. D’autres pensent que les légers blips pourraient signifier que le boson de Higgs lui-même est constitué d’un ensemble de particules plus petites.
Ou peut-être s’agit-il de signes de l’existence d’un graviton – une particule hypothétique porteuse de force pour la gravité. “Ce serait vraiment remarquable : jusqu’à présent, la gravité s’est avérée impossible à concilier avec les théories d’autres particules et forces”, déclare M. Sample.
Ces résultats sont passionnants et, depuis décembre, plus de 200 articles ont été publiés sur ce qu’ils pourraient signifier, mais il faudra bien plus que des blips similaires dans deux détecteurs pour déterminer s’il s’agit de la preuve “réelle” de l’existence d’une nouvelle particule ou d’une simple erreur statistique.
En d’autres termes, les physiciens à l’origine de l’expérience n’en auraient probablement même pas parlé si elle n’était pas apparue dans les deux détecteurs.
“Lorsque tous les effets statistiques sont pris en considération […] la bosse dans les données d’Atlas avait environ 1 chance sur 93 d’être un coup de chance, ce qui est beaucoup plus fort que la probabilité de 1 sur 3,5 millions de la simple chance, connue sous le nom de 5-sigma, considérée comme la norme d’or pour une découverte”, a écrit Dennis Overbye pour le New York Times en décembre. “Cela pourrait ne pas être suffisant pour prendre la peine de le présenter dans un exposé, si ce n’était le fait que l’équipe concurrente du CERN, appelée CMS, a trouvé une bosse au même endroit.”
Aujourd’hui, trois mois plus tard, les équipes CMS et ATLAS ont passé leurs données au peigne fin, et ont présenté les résultats de leurs dernières analyses lors d’une conférence sur la physique des particules en Italie la semaine dernière.
Après avoir collecté des données supplémentaires et recalibré les résultats de décembre à maintes reprises, les deux équipes ne peuvent écarter l’anomalie comme une erreur statistique, ce qui est une bonne nouvelle pour tous ceux qui espèrent que c’est le début de quelque chose d’important. La mauvaise nouvelle, c’est qu’ils ne peuvent toujours pas l’expliquer et qu’ils ont encore besoin de beaucoup de preuves avant de pouvoir appeler cela une “découverte”.
Il est intéressant de noter que, si l’excès de photons détecté par l’expérience CMS est devenu légèrement plus important grâce aux résultats de la nouvelle analyse, l’importance constatée par ATLAS a en fait diminué, ce qui laisse beaucoup de gens s’interroger sur ce que cela signifie réellement.
Comme Davide Castelvecchi et Elizabeth Gibney le rapportent pour Nature, la nouvelle analyse de la signification statistique de la bosse de CMS est passée de 1,2 à 1,6 sigma, tandis que la signification statistique d’ATLAS est maintenant de 1,9 sigma après corrections.
Selon M. Sample, la probabilité qu’un effet de 1,9 sigma soit un coup de chance est la même que celle de retourner cinq têtes à la suite – difficile, mais pas impossible. Selon les règles de la science, on ne peut pas dire qu’il s’agit d’une découverte tant que l’on n’a pas atteint la marque des 5 sigmas, ce qui équivaut à jeter 21 têtes à la suite.
Nous devons à nouveau jouer le jeu de l’attente, mais pas pour longtemps. Le LHC sortira de son hibernation au cours de la semaine prochaine et sera de nouveau opérationnel à la fin du mois d’avril, ce qui signifie davantage de collisions proton-proton et beaucoup plus de données pour les équipes d’ATLAS et de CMS afin de confirmer ou d’infirmer leurs résultats.
Comme Castelvecchi et Gibney l’écrivent dans Nature, “d’ici juin, ou août au plus tard, CMS et ATLAS devraient disposer de suffisamment de données pour faire disparaître une fluctuation statistique – si c’est ce qu’est l’excès – ou confirmer une découverte”, et nous sommes impatients. Nous sommes impatients.