Un signal à 3,2 sigmas ne suffit pas aux physiciens, et l’histoire des fausses alertes explique la règle des cinq sigmas

Début novembre 2026, la collaboration LHCb a présenté un indice d’une désintégration rarissime, avec une significativité de 3,2 sigmas. Ce chiffre ne permet pas de parler de découverte en physique des particules. Derrière ce seuil se cache une règle statistique forgée par plusieurs signaux spectaculaires qui se sont évaporés, au CERN comme ailleurs.

Cinq sigmas correspondent à environ une chance sur 3,5 millions qu’un simple hasard imite le signal observé

Le sigma mesure l’écart entre les données et ce que prévoirait le bruit de fond seul. À 5 sigmas, la probabilité qu’une fluctuation aléatoire produise un excès au moins aussi fort tombe à environ 1 sur 3,5 millions. Ainsi, le seuil ne dit pas que l’hypothèse est vraie, seulement que le hasard l’explique très mal.

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Par convention, 3 sigmas, soit environ une chance sur 740, autorisent à parler d’indice ou d’« evidence » en anglais. En revanche, le terme « observation » reste réservé aux 5 sigmas. Cette gradation permet de publier un résultat intéressant sans annoncer prématurément une nouvelle particule.

L’effet de recherche ailleurs gonfle mécaniquement les fluctuations quand les physiciens scrutent des centaines d’intervalles

Un excès local peut sembler improbable, mais chercher une bosse sur un large spectre multiplie les chances d’en trouver une. Les physiciens appellent ce biais l’effet look-elsewhere. Par conséquent, ils distinguent une significativité locale, calculée à une masse donnée, et une significativité globale, corrigée du nombre d’essais.

L’épisode du diphoton à 750 GeV l’illustre. En décembre 2015, ATLAS rapportait un excès local d’environ 3,9 sigmas, mais seulement 2 sigmas environ une fois l’effet global pris en compte. CMS voyait un signal plus faible au même endroit. Puis, avec les données de 2016, la bosse a disparu à l’été.

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Des neutrinos plus rapides que la lumière aux anomalies R(K), plusieurs signaux prometteurs ont fini par s’effacer

En septembre 2011, l’expérience OPERA, au Gran Sasso, annonçait des neutrinos arrivés environ 60 nanosecondes trop tôt, avec une significativité supérieure à 6 sigmas. Pourtant, l’anomalie venait d’un connecteur de fibre optique mal branché. Dès lors, l’affaire rappelle que le seuil ne protège pas des erreurs systématiques.

Autre exemple, les anomalies de saveur mesurées par LHCb sur le rapport R(K) atteignaient 3,1 sigmas en 2021. Elles suggéraient que les électrons et les muons ne se comportaient pas de la même façon. Cependant, une analyse révisée publiée en décembre 2022 a ramené ces mesures en accord avec le Modèle standard.

Le boson de Higgs annoncé le 4 juillet 2012 reste l’exemple d’une découverte franchissant le seuil dans deux expériences

Lors du séminaire du CERN du 4 juillet 2012, ATLAS et CMS ont chacune présenté un excès proche de 5 sigmas autour de 125 GeV. Surtout, deux détecteurs indépendants, analysés par des équipes distinctes, convergeaient. Cette confirmation croisée pesait autant que le chiffre lui-même.

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Le nouvel indice de LHCb concerne la désintégration du méson B0 en deux muons, prédite environ une fois sur dix milliards. Ses résultats restent compatibles avec le Modèle standard. Finalement, seules davantage de données, attendues après la modernisation du détecteur, diront si ces 3,2 sigmas deviendront une observation.