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6 novembre 2011 7 06 /11 /novembre /2011 20:46

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Le détecteur de neutrinos de l'expérience OPERA enterré en Italie, au laboratoire du Gran Sasso. (OPERA/Gran Sasso Laboratory)

Comme je vous avais promis, nous allons prendre des nouvelles des neutrinos apparemment superluminiques détectés par l'expérience OPERA, à partir d'un faisceau produit au CERN. Comme je vous avais expliqué, les réactions à cette nouvelle avaient été variées :

- certains (la majorité des articles soumis sur arXiv ) acceptant le résultat et cherchant à l'expliquer par des théories plus ou moins compliquées et/ou fantaisistes

- d'autres plus critiques, portant sur 3 types d'arguments :

* des critiques sur de possibles erreurs de calibration du temps et de la distance (GPS, horloges atomiques). Je pense qu'aucune n'a réellement été confirmée par OPERA, qui semble avoir pris en compte tous les effets importants. 

*  des critiques sur l'incompatibilité de ces résultats avec des prédictions théoriques (comme celle de Cohen et Glashow prédisant que des neutrinos superluminiques devraient rapidement perdre de l'énergie en produisant des paires électrons positrons). Ces critiques jettent un doute sur le résultat, mais n'expliquent pas l'origine de l'erreur.

* des critiques acceptant que la mesure du temps et de la distance soient justes, mais qu'un phénomène parasite aurait pu polluer l'interprétation. C'est à cette catégorie (peu nombreuse, une poignée de chercheurs ont étudié cette hypothèse seulement) qu'appartient mon article (qui a été suivi de quelques autres du même genre). Spécifiquement, j'alertais sur le fait que si la composition en énergie des neutrinos changeait pendant une bouffée, alors l'efficacité de détection changeait aussi, et donc la forme de la bouffée de neutrinos détectée à l'arrivée pouvait différer legèrement de celle de la bouffée de protons initiale. Or une petite différence de forme pouvait conduire apparemment à un décalage temporel, mais qui ne serait pas du à une vraie vitesse > c, mais juste au fait que les neutrinos arrivant plus tôt auraient une probabilité de détection légèrement supérieure à ceux arrivant plus tard (tous allant néanmoins à v = c).

 

OPERA n'a pas répondu directement à cette critique. Mais ils y ont répondu de facto en annonçant une nouvelle campagne de mesure avec des bouffées bien plus brèves : au lieu de bouffées de 10 microsecondes, ils vont utiliser des bouffées très courtes (quelques nanosecondes) , séparées de 500 nanosecondes. Ces mesures ont commencé le 21 octobre, et devrait se poursuivre jusqu'au 7 novembre, avant de reprendre le 11. 

 

 Quelques remarques sur cette nouvelle :

- par rapport à ma critique, c'est exactement le genre de modifications qu'il faut faire pour y répondre. L'erreur que je signalais était en gros une fraction du temps de montée (très long dans la première expérience). Des bouffées bien plus brèves n'auraient pas du tout eu ce problème. En réalité , la détection de quelques neutrinos avec un temps de départ bien défini suffirait pour trancher la question, il n'y a pas besoin de beaucoup de signal.

- Pourquoi ne l'ont-ils pas fait plus tôt ? au départ, le but initial de l'expérience n'etait pas du tout de mesurer la vitesse des neutrinos. Elle était de détecter des "oscillations", des transformations d'un type de neutrino en un autre (dans les théories actuelles, il y a trois types ou "saveurs" de neutrinos, qui pourraient se transformer spontanément l'une en l'autre). Pour ce but là, la mesure précise du temps de vol n'a pas d'importance. En revanche il faut beaucoup de particules. La nouvelle configuration fait exactement le contraire : peu de particules, mais une très bonne précision temporelle. Adopter le deuxième mode va certainement ralentir l'acquisition de données pour le but principal de l'expérience. Mais vu l'importance de la nouvelle si la vitesse est vraiment supérieure à c, on aurait pu imaginer quand même qu'ils aient fait cette vérification plus tôt. Il n'apparait nullement dans l'article ni dans les présentations qu'ils ont faites au départ qu'ils aient eu conscience de l'importance potentielle de cette erreur. On peut leur faire crédit d'avoir réagi positivement à cette critique. Peut être aurait-on pu attendre qu'ils soient plus clairs sur le fait qu'ils avaient ou non étudié sérieusement ce problème avant la publication.

 

- de façon générale, la métaanalyse des réactions suscitées par la nouvelle me parait assez intéressante. L'explication que j'ai suggérée est "banale" : un simple oubli d'un phénomène parasite. En un certain sens, on pourrait l'exprimer par le fait que l'expérience aurait simplement sous estimé les barres d'erreurs, le résultat n'étant en réalité pas incompatible avec v=c si on prend tout en compte. Cependant, beaucoup de réactions ont privilégié l'hypothèse inverse : un "vrai " résultat spectaculaire, sans erreur. On sent bien qu'il y a un biais psychologique à préférer les nouvelles extraordinaires, à une critique réaliste (et parfois un peu décevante) de la réalité. Cependant, il ne faut pas oublier qu'une expérience ne donne un résultat "certain" que sous l'hypothèse qu'elle n'a fait aucune erreur. Ca parait une évidence, mais ce n'est pas innocent. Le résultat montré par une expérience n'est pas " le résultat est X" mais "le résultat est X SI je n'ai pas fait d'erreur". Autrement dit, une expérience exclura avec une grande probabilité l'hypothèse nulle : "je n'ai pas fait d'erreur ET le résultat n'est pas X" , ce qui laisse en réalité deux possibilités : le résultat est X OU j'ai fait une erreur. 

 

Rappeler cela peut paraître du pinaillage excessif, mais c'est fondamental dans le cas d'un résultat comme OPERA. En effet, les deux alternatives jouent un rôle a priori symétrique. Le résultat d'une expérience rendant improbable la conjonction des deux , joue de la même façon sur les deux hypothèses. Préferer l'une ou l'autre des explications ne peut donc se faire que si la probabilité A PRIORI (AVANT d'avoir fait l'expérience) est bien plus faible pour une des hypothèses que pour l'autre. En pratique, on privilégie le choix "le résultat est X" que parce qu'on suppose A PRIORI que l'hypothèse "j'ai fait une erreur" est bien moins probable que "le résultat peut être X" (autrement dit on suppose a priori que l'expérience est bien faite).

 

Est ce toujours le cas ? pas forcément ! supposons que vous pesiez un bébé tous les jours, et que, d'un jour sur l'autre, vous constatez qu'il a pris 100 grammes. Comme cela n'a rien d'impossible, vous ne suspectez pas votre balance , et vous concluerez qu'il a bien pris 100 grammes (en écartant implicitement l'hypothèse que la balance a pu etre faussée). Supposez maintenant que du jour au lendemain, votre bébé prend deux kilos. Là , vous allez surement considérer que c'est impossible qu'il ait pris 2 kg en un jour et vous allez apporter la balance au réparateur , ou en acheter une autre ! pourquoi cette différence de traitement ? parce que vous considérez implicitement A PRIORI qu'il est plus probable que le bébé ait pris 100 grammes, plutot que la balance soit fausse, alors qu'au contraire vous considérez A PRIORI qu'il est plus probable que la balance soit fausse, plutot qu'il ait pris 2 kg. Autrement dit, le résultat de la pesée exclut la conjonction "la balance est juste, et le bébé n'a pas pris de poids", mais vous allez choisir l'une ou l'autre des possibilités suivant l'estimation A PRIORI de chacune des hypothèses inverse (c'est un problème dit de "probabilité bayesienne", c'est à dire de probabilité réévaluée à partir d'estimation a priori et de nouvelles informations apportées par une observation).

Cette réflexion est absolument fondamentale dans le cas de l'expérience OPERA. Dans la plupart des expériences en physique, les mesures sont "normales" et n'ont pas une probabilité très faibles d'être vraies. On pensera donc le plus souvent qu'il est plus improbable que l'expérience soit fausse, plutot que le résultat soit celui obtenu. Mais une mesure d'un neutrino à v > c est extrêmement "spectaculaire" (comme l'ont démontré les réactions), ce qui signifie en réalité A PRIORI très improbable (parce que cela contredirait plein d'autres phénomènes connus, devrait donner des phénomènes non observés, etc...). Face à un évènement donc très improbable, il faut pour l'admettre que la probabilité d'avoir fait une erreur soit encore plus faible. Autrement dit, plus un évènement est improbable, plus il faut être certain de ne pas avoir fait d'erreur (ce qui s'exprime aussi par le dicton anglais : Extraordinary claims require extraordinary evidence). Le fond de mon article était : est-on vraiment certain que la probabilité d'avoir fait une erreur d'interprétation est bien plus faible que celle a priori du résultat obtenu ? et mon argument était que non, parce qu'il y avait au moins un phénomène qui ne semblait pas avoir été regardé soigneusement et écarté comme très improbable.

Je pense que beaucoup se sont précipités sur l'hypothèse "improbable", en lui attribuant donc un biais POSITIF parce qu'improbable, alors qu'un traitement bayesien conduit au contraire à lui donner un biais NEGATIF. Comme souvent , des considérations "extra-scientifiques" (liées à des aspects plus affectifs que scientifiques) conduisent à fausser le jugement. Il n'est pas impossible que les résultats confirment bien sûr le résultat v > c (personnellement je n'y crois pas mais on ne peut pas l'écarter), mais ce n'est pas réellement la question. La question est que TANT QUE des résultats quasiment certains ne viendront pas le confirmer, il n'y a pas lieu de privilégier cette hypothèse. Cette démarche scientifique doit être tout autant appliquée aux thèmes que je traite principalement dans ce blog, sur les problèmes climatiques et énergétiques : il faut tenter autant que possible de regarder les arguments de façon scientifique, sans se laisser obscurcir par les désirs ou les craintes qu'on peut avoir du résultat. Ironiquement, tout le monde revendique cette scientificité, mais avec des résultats souvent opposés ! l'histoire des neutrinos, quand elle sera éclaircie, montrera je l'espère que je peux dire des choses sensées à partir de cette démarche. A moins que les nouvelles expériences ne confirment que ces drôles de particules vont vraiment plus vite que la lumière ... :)

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Published by climatenergie
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commentaires

RUTILY 18/11/2011 15:01

Il semble bien finalement que la nouvelle expérience confirme les résultats de la première!

reglisse 07/11/2011 12:31


Bonjour Gilles, merci de nous tenir au courant. :)
"au départ, le but initial de l'expérience n'etait pas du tout de mesurer la vitesse des neutrinos."
Ca j'ignorais tout à fait. Je crois qu'il ne faut pas chercher plus loin la raison pour laquelle ils n'ont pas pensé à éliminer toutes les causes d'erreur.
"Mais vu l'importance de la nouvelle si la vitesse est vraiment supérieure à c, on aurait pu imaginer quand même qu'ils aient fait cette vérification plus tôt"
Bah oui, mais devant ce résultat hors normes et qui plus est totalement non recherché...ben ils ont dû avoir besoin d'un sacré moment de réflexion pour retrouver leurs esprits!
Pour reprendre ta comparaison, un pédiatre qui pèse un bébé qu'on lui amène pour le vacciner et se rend compte d'un écart de poids "impossible" va être tellement surpris qu'il ne va sûrement pas
pouvoir éliminer à lui tout seul toutes les causes d'erreur, il aura sans doute besoin de l'aide de ses confrères, même s'ils ne sont pas pédiatres. ;).
C'est ce que tu as fait avec les autres ; tu as apporté ton aide. C'est très bien comme ça. :)