Le matin du 4 juillet 2012, Joe Incandella et Fabiola Giannotti sont montés sur le podium en bois à l'intérieur d'une salle remplie de scientifiques et de journalistes au Centre de la Fondation CERN près de Genève pour annoncer que deux équipes de scientifiques avaient été capables de détecter une nouvelle particule d'une énergie d'environ 125 gigaélectronvolts. Ce nombre relativement grand n’indique qu’une seule chose, c’est que nous sommes en présence de ce que l’on a longtemps appelé la « particule divine », qui donne sa masse aux autres particules, et donc à tout ce qui existe dans l’univers.
Au premier rang, le célèbre physicien Peter Higgs, alors âgé de 83 ans, était assis tranquillement, essuyant ses larmes. Il avait prédit l’existence de cette particule en 1964 et avait attendu près d’un demi-siècle pour en voir la preuve.
Cependant, l’annonce de la recherche ne disait pas simplement : « Nous avons trouvé la particule et c’est tout. » Au lieu de cela, les scientifiques ont utilisé un chiffre statistique célèbre et nouveau pour les médias à l’époque, même s’il était utilisé dans cette science depuis des décennies, à savoir le « 5 sigma ». Pour comprendre l'idée, imaginez qu'il y ait un microphone dans une pièce presque silencieuse, sans que personne ne parle, mais que le microphone continue de capter un léger bruit, dû à un crépitement électrique par exemple, ou à une vibration de l'air, ou à un bruit dans l'appareil. C'est le contexte normal. Imaginez maintenant que vous attendez le son d’un faible sifflement au milieu de ce bruit. Si une légère augmentation du son apparaît, vous pourriez dire qu’il s’agit peut-être du sifflement attendu, et peut-être simplement d’un bruit aléatoire.
"Le 5 sigma est le critère statistique qui sépare le hasard d'un résultat scientifique, et sa valeur équivaut à 1 sur 3,5 millions."
Ici vient le rôle de la valeur de "5 sigma", qui est un nombre qui signifie que la probabilité qu'un signal spécifique de présence d'une particule apparaisse par hasard au milieu du bruit sans la présence d'une particule réelle est très faible, environ un sur 3,5 millions, ce qui signifie que nous sommes "très probablement" devant la particule réelle. Mais peut-être que la question que vous vous posez maintenant est la suivante : de quel genre de possibilité s’agit-il ? La science ne signifie-t-elle pas que nous avons trouvé la chose que nous cherchons ou que nous ne l'avons pas trouvée ? N'est-ce pas ce que nous avons appris de la pomme de Newton et des lunes de Galilée ?
Le chaos existe, mais la probabilité que ce que nous observons ne soit qu'une coïncidence est très faible (CERN)La réponse est simplement « non ». Pour comprendre cette idée, remontons environ cent ans en arrière, lorsque Sir Ronald Fisher est arrivé à la station expérimentale de Rothamsted, dans le comté britannique du Hertfordshire, en 1919, pour analyser les données accumulées sur une période de soixante-dix ans sur le blé, les engrais et le climat anglais. Le résultat, au cours des deux décennies suivantes, fut l’une des innovations les plus importantes en matière de statistiques modernes. Dans ses livres Statistical Methods for Researchers et Design of Experiments, Fisher a enseigné à une génération de chercheurs comment se demander si leurs résultats pouvaient être simplement un hasard.
L'exemple le plus célèbre pour expliquer l'idée révolutionnaire de Fisher est ce qu'on appelle la "dame dégustatrice de thé", d'où l'anecdote : lors d'une fête dans un parc de Cambridge, l'épouse de son collègue, Muriel Bristol, biologiste marine spécialisée dans les algues, a affirmé qu'elle pouvait distinguer si du lait avait été versé dans la tasse avant ou après le thé.
Pour vérifier la validité de cette affirmation, Fisher a proposé une expérience simple. Nous préparions huit tasses, dont quatre préparées de chaque manière, et elles étaient présentées à la dame de manière aléatoire, et elle devait déterminer laquelle mettait le lait avant le thé et laquelle après. L’« hypothèse nulle » était ce que Fisher voulait tester, et cela signifie simplement que nous supposons d’abord une seule hypothèse, à savoir que « rien de spécial ne se produit », ce qui signifie que la dame n’a pas de réelle capacité à distinguer et qu’elle ne fait que deviner.
Mais si elle répond correctement aux huit tasses, la probabilité qu’il le fasse par hasard est de 1 sur 70. Ce nombre, désormais connu sous le nom de valeur p, est suffisamment petit pour dire qu’il ne s’agit pas d’une coïncidence. C'est la même idée sur laquelle est basée la norme « 5 sigma » en physique des particules, mais elle représente une « valeur p » très extrême et stricte par rapport à d'autres sciences.
"Cela commence par une hypothèse traditionnelle ennuyeuse connue sous le nom d'hypothèse nulle, puis commence à tester si cette hypothèse est réellement vraie."
L'idée de Fisher était très élégante. Commencez toujours par une hypothèse ordinaire, ennuyeuse et sans distinction, comme dire que les engrais n’affectent pas la croissance des plantes, que les médicaments ne fonctionnent pas, que la femme ne peut pas distinguer comment verser le thé et le lait, et que la particule n’existe pas et que ce n’est que du bruit. Cette hypothèse est « l’hypothèse nulle ». Après cela, nous demandons : si cette hypothèse est réel...
[Courte citation de 8% de l'article original]