Dans une tribune intitulée « À défaut d’être d’accord, pourrions-nous au moins nous comprendre ? » et publiée récemment sur European Scientist, Christian Semperes a suscité ma curiosité, car il y évoquait les questions de subjectivité, d’intersubjectivité, de théories, d’expériences … de boson de Higgs et de science en général.
L’intersubjectivité n’a pas sa place en science
Ce d’autant plus que je rédige actuellement un ouvrage sur la science et sa bonne pratique, ouvrage dans lequel j’aborde les rôles joués par les 2 approches étroitement imbriquées que sont la théorie et l’empirisme, ainsi que les méthodes de raisonnement associées. La fonction affirmée de l’intersubjectivité dans la pensée humaine est justifiée lorsque cela implique l’affect, qu’il s’agisse de la morale, de la religion ou des débats écologiques (ou pseudo-écologiques) opportunément cités par Christian Semperes. Par contre, l’affect est étranger à la démarche – par définition rationnelle et objective – de la science. Il serait utile de relire les écrits de Bertrand Russel qui considérait que les croyances personnelles et les notions de valeurs n’avaient rien à faire avec la science (1). Par conséquent, l’intersubjectivité n’y a pas sa place, en dépit du constat – regrettable – que des philosophes, des sociologues et même des scientifiques défendent cette position. Je me contente de citer simplement l’opinion justifiée de Julien Dutant, actuellement maître de conférences au King’s College London, spécialiste en épistémologie et philosophie du langage et théorie de la rationalité (2): « … c’est même devenu un lieu commun pour des pans entiers de la culture contemporaine que de dire qu’il n’y a de vérité ou « d’objectivité qu’intersubjective », c’est-à-dire constituée en partie par notre accord à son sujet ». On peut y ajouter l’éclairage du philosophe Pascal Engel (3) lorsqu’il évoque « l’objectivisme cognitif » en ces termes: « nous pouvons avoir une connaissance d’une réalité objective indépendante de notre esprit … la logique des sentiments et des affects n’est pas la logique des arguments … [et] dire que la science connaît la réalité, ce n’est pas dire qu’elle connaît toute la réalité ».
Faire usage de l’analogie avec prudence
Le texte de Christian Semperes a recours, pour une large part, à l’analogie. Mon livre illustrera et rappellera les « prodiges et vertiges de l’analogie » qu’expliquait judicieusement le philosophe du collège de France Jacques Bouveresse (4). Je n’ai pas la place, ici, pour en dire plus, mais il se trouve que la référence de Christian Semperes au boson de Higgs, se voulant exemplaire dans ses explications, va me permettre d’avancer que cette quête du boson n’eut rien à voir avec l’intersubjectivité et ne peut absolument pas illustrer la « Spirale Dynamique ». Pour être honnête, je me dois de préciser que la prudence dans le recours aux analogies doit se manifester dans tous les champs scientifiques, y compris dans le mien qui est celui de la physique des particules, ce que j’illustre dans l’Annexe 2.
Christian Semperes écrit : « En 1964, Peter Higgs a théorisé le boson qui porte son nom, le boson de Higgs… Au départ, il s’agissait d’une prédiction issue de calculs et de raisonnements. C’est justement grâce à la théorie qu’on a pu l’observer la première fois en 2012. Sans la théorie, on n’aurait jamais conçu l’expérience permettant de l’observer… Pour celles et ceux qui connaissent la Spirale Dynamique, c’est l’illustration de la transcendance de l’Humanité du niveau de conscience BLEU des croyances, au niveau de conscience ORANGE de la raison ».
Une publication non exclusive
Les publications par les collaborations ATLAS (la mienne) (5) et CMS (la concurrente) (6) annonçant la découverte d’une particule pouvant être le boson de Higgs, puis certifiant plus tard qu’il s’agit bien de cette particule, furent suivies de nombreuses autres publications étudiant les propriétés de cet état quantique fondamental, fondamental également dans l’histoire de notre Univers et même dans son devenir.
Peter Higgs n’est pas le seul théoricien à avoir postulé l’existence de cette particule. Il y eut, concrètement 3 publications, en 1964, avançant l’existence d’un champ physique qui serait responsable du fait que des particules élémentaires, dénuées de masse, devraient acquérir une masse en présence de ce champ présent dans notre Univers. L’une des 4 composantes de ce champ, non concernée dans la génération des masses, serait le quantum d’une particule (le fameux boson) dont la mise en évidence expérimentale devrait confirmer sans ambiguïté l’existence de ce champ. Ces travaux théoriques ont été publiés de façon indépendante, en 1964, par Robert Brout et François Englert (7) en août, Peter W. Higgs (8) en octobre, Gerald S. Guralnick, Carl R. Hagen et Thomas W. B. Kibble (9) en novembre. La première publication au mois d’août aurait même pu paraître plus tôt ; en effet, les travaux qui avaient été réalisés aux USA par l’américain Brout et le belge Englert avaient été mis de côté en raison de la décision de Brout, passionné par la culture européenne, de suivre Englert lors de son retour en Belgique, ce qui avait différé l’édition finale de la publication. L’appellation « boson de Higgs » est l’œuvre de l’expérimentateur Leon Lederman (Prix Nobel 1988) qui confondit les travaux de Brout et Englert avec ceux de Higgs. Après l’attribution, en 2013, du Nobel aux théoriciens Englert et Higgs (Brout étant décédé), il fut proposé d’appeler cette particule boson BEH (Brout Englert Higgs), mais, force de l’habitude, l’appellation boson de Higgs demeurera le plus souvent, ce qui ne dérangeait pas du tout Englert lorsqu’il fut interrogé à ce sujet.
ATLAS et CMS, deux expériences pour une même théorie
Lorsque Christian Semperes écrit que « sans la théorie, on n’aurait jamais conçu l’expérience permettant de l’observer… », c’est doublement inexact. En effet, d’une part il n’y eut pas une expérience qui observa ce boson mais deux expériences, ATLAS et CMS, complètement différentes dans la conception des dispositifs expérimentaux (les détecteurs de particules). D’autre part, ces deux expériences sont dites « généralistes », en ce sens que les détecteurs peuvent appréhender la recherche de très nombreux canaux de physique, le boson de Higgs n’étant pas le seul objectif projeté. Les bosons de Higgs sont des particules très instables ; ils sont observés à partir des particules issues de leurs désintégrations : en mesurant les variables cinématiques attachées aux « particules filles de la désintégration » (énergies, directions), on reconstruit la masse de la « particule mère initiale » (ici, le boson). Les spectres de masse ainsi obtenus se présentent sous la forme de « bosses » se détachant sur un « fond continu ». Les bosses correspondent aux « particules mères » et le fond continu au bruit de fond physique. En l’absence de toute prévision théorique, les deux expériences auraient observé l’existence d’un état quantique (une bosse) apparaissant à la même masse pour différentes associations de particules détectées. A titre d’exemple, dans l’expérience ATLAS, nous avons un programme informatique dénommé « Bump Hunter », le « chasseur de bosse », qu’il faut cependant utiliser avec précaution … afin de ne pas lui attribuer le rôle de « Ghost Hunter », traqueur de particules fantômes ! Il aurait fallu, ensuite, interpréter la nature de cette nouvelle particule – méthode de raisonnement dénommé l’abduction – ce qui aurait donné du « grain à moudre » aux théoriciens. Notons qu’il est fréquemment arrivé (la sérendipité), dans l’histoire des découvertes, que des observations de faits imprévus soient à l’origine de théories révolutionnaires. Les exemples classiques, que connaît bien Christian Semperes, sont les découvertes de la radioactivité par Becquerel et du noyau de l’atome par Rutherford.
Les travaux théoriques ne reposent pas sur des croyances
Revenons un instant sur notre rejet manifeste de l’intersubjectivité à partir, toujours, de l’histoire de ce boson. Comme cela a déjà été indiqué, les détecteurs ATLAS et CMS sont différents, hors en l’occurrence, ils trouvèrent la même chose, avec des niveaux voisins de précision : ce fut un argument très fort qui qualifia la découverte … et couronna du Nobel les théoriciens une année plus tard (Voir l’Annexe 1). L’objectivité des résultats présentés a même permis, quelques années plus tard, aux deux collaborations de les associer en publiant un premier article donnant une mesure améliorée de la masse du boson qui combinait les mesures issues de chaque expérience. Cette publication de l’année 2015, intitulée « Combined Measurements of the Higgs Boson Mass in pp collisions … with the ATLAS and CMS Experiments » (10) étaient signées par 5 154 auteurs issus de 344 laboratoires relevant de 56 pays. D’autres articles combinés du même type ont suivi sur d’autres mesures.
Quant à utiliser cette saga du boson de Higgs pour appuyer le concept de la Spirale Dynamique, c’est vouloir assimiler les travaux théoriques à des pures croyances. Ce n’est absolument pas le cas. Les travaux théoriques concernés, si nous restons dans cette saga, reposaient sur des arguments rationnels et objectifs, et sur d’autres travaux théoriques traitant de ce que nous dénommons « les brisures spontanées de symétrie ». Il fallait répondre à la question suivante : comment se fait-il qu’il existe des particules élémentaires « massives » – dotées d’une masse, ce que nous constatons aujourd’hui – alors que la théorie, à cette époque, leur attribuait une masse nulle ? La réponse fut que ces particules avaient pu acquérir une masse à partir du moment où, dans notre Univers primordial (une fraction de seconde après le Big Bang, soit environ 10-11 seconde), l’état fondamental d’un champ physique (le champ de Higgs), qui était strictement égal à zéro, devenait non nul en raison du refroidissement de l’Univers qui engendra une « brisure spontanée de symétrie » et la non-nullité de l’état fondamental du champ.
48 années de travaux colossaux
Ce mécanisme fut intégré dans la modèle dit standard de la physique des particules ; des théoriciens, qui contribuaient à ses progrès, étaient récompensés par le Prix Nobel … mais il fallait absolument mettre en évidence expérimentalement ce boson qui est la clef de voûte de la théorie. Et il y avait une difficulté majeure : la théorie ne fournissait aucune indication sur la masse de cet objet quantique, hormis une limite supérieure très élevée au-dessus de laquelle le boson de Higgs ne peut plus être assimilé à une particule et donc indétectable. Des accélérateurs de particules au CERN et aux Etats-Unis, contribuèrent à sa recherche à partir de collisions proton sur proton, puis proton-antiproton, puis électron-antiélectron, à des énergies de plus en plus élevées, sans succès, sinon l’estimation de zones d’exclusion sur les valeurs de sa masse. Il aura donc fallu attendre 48 années avant que des expériences implantées sur le collisionneur de protons LHC du CERN (la plus grande machine sur notre planète … pour des recherches sur l’infiniment petit) annoncent la découverte du boson. Ces découvertes concrétisaient un longue période d’une vingtaine d’années durant laquelle il fallut rassembler des chercheurs au sein de collaborations à l’échelle mondiale, approfondir les connaissances théoriques, concevoir des dispositifs expérimentaux très novateurs, les tester auprès de divers accélérateurs, chiffrer précisément les coûts requis pour le grand détecteur final et son fonctionnement, avoir évidemment le soutien des tutelles nationales propres à chaque laboratoire d’appartenance des chercheurs (Thèmes de recherche, personnels, financement, etc.), soumettre les projets d’expériences aux organismes officiels du CERN et obtenir l’agrément, assembler sur le site expérimental dédié les détecteurs les plus complexes jamais construits, effectuer les réglages sans, puis avec collisions de faisceaux, enregistrer à partir de l’année 2009 de vraies données de physique issues des faisceaux de particules en collisions, enfin effectuer les analyses de physique. Parallèlement aux travaux « préparatoires » des années 1989 à 2009 effectués par les collaborations, le CERN construisait le collisionneur LHC dont les performances devaient progresser au cours de son utilisation, et notamment les intensités de chaque faisceau caractérisant la Luminosité, un paramètre lié au nombre de collisions produites par unité de temps ; ainsi, plus la Luminosité est grande, plus grande est la probabilité de détecter des processus physiques très rares. Les découvertes du boson de Higgs ont été obtenues … plus tôt que prévu, alors que la Luminosité de la machine n’avait pas encore atteint sa valeur nominale : ce fut une énorme surprise … qui traduisit, en fait, la qualité des travaux effectués sur le collisionneur par le CERN et sur les détecteurs par les collaborations, travaux récompensées par le succès du génie humain capable d’avoir imaginé l’existence d’un champ physique crucial dans l’histoire de notre Univers.
La preuve par les ondes gravitationnelles
Dans un autre domaine, celui de l’astrophysique et de la cosmologie, il a fallu attendre encore plus longtemps, un siècle, avant de mettre en évidence, directement, les ondes gravitationnelles prévues par la relativité générale d’Albert Einstein. Des observations avaient montré de façon indirecte l’existence de ces ondes, ce qui avait conduit à des prix Nobel. Mais grâce aux expériences d’interférométrie LIGO/VIRGO, les ondes gravitationnelle – nées de la propagation des vibrations de l’espace-temps engendrées par la fusion de corps très massifs tels que des trous noirs – furent directement détectées (11), ce qui « nobélisa » les découvreurs.
Les modèles théoriques dits « standards » de la physique des particules et de la cosmologie, ce dernier étant aujourd’hui dénommé « modèle de la concordance » plutôt que « modèle du Big Bang », répondent à cette définition générale de la théorie en science : « la théorie définit un cadre général bien étayé mettant en cohérence de façon rationnelle et objective des expériences, des hypothèses, des lois ». Nous sommes bien loin de la Spirale Dynamique ! Cette Spirale a probablement de l’intérêt lorsque l’affect intervient, mais ce n’est pas le cas de la science où les preuves, que la communauté scientifique d’un domaine retient, ne peuvent être qu’objectives. La saga du boson de Higgs ou celle des ondes gravitationnelles peuvent servir à démontrer l’imbrication des aspects théoriques et empiriques des progrès des connaissances scientifiques ; l’intersubjectivité n’y a pas sa place. Cela ne signifie pas que le chercheur n’éprouve pas des sentiments dans son travail quotidien, puisse être déçu, enthousiaste, défendre avec conviction ses arguments, mais en reconnaissant que des arguments opposés doivent être mis en balance jusqu’à ce que les preuves les plus convaincants l’emportent.
En dépit des succès des deux grandes théories que sont la théorie quantique et la théorie de la relativité générale, elles sont encore aujourd’hui mutuellement incompatibles : par exemple, la première n’est pas locale tandis que la seconde est locale. Inclure la gravitation dans la théorie quantique ou quantifier la relativité générale sont des objectifs majeurs. Il existe des pistes : à titre d’exemples, la théorie des super-cordes d’un côté, la gravité quantique à boucles de l’autre. Tout cela progresse, c’est très difficile, mais nous pouvons rêver – c’est du pur affect ! – que notre 21ième siècle ne s’achèvera pas sans avoir résolu l’unification.
Sources
1 Bertrand Russel, «History of Western philosophy », Publisher Routledge; first edition, 2 February 2004.
2 Julien Dutant, « Qu’est-ce que la connaissance ? », Chemins philosophiques, Paris,
2010.
3 Pascal Engel, seul ou avec d’autres auteurs, « Philosophie de la connaissance – Croyance… », VRIN, 2017.
« Les vices du savoir – Essai d’éthique intellectuelle », Bancs d’essais, Agone, 2019.
« Manuel rationaliste de survie », Collection Bancs d’essais, Agone, 2020.
4 Jacques Bouveresse, « Prodiges et vertiges de l’analogie. De l’abus des belles lettres dans la pensée. », Seuil, 1999.
5 Georges Aad et al. (ATLAS collaboration), « Observation of a new particle in the search for the standard model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC », Physics Letters B, vol. 716, no 1, p. 1-29, 17 September 2012.
6 Serguei Chatrchyan et al. (CMS collaboration), « Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC », Physics Letters B, vol. 716, no 1, p. 30-61, 17 September 2012.
7 François Englert and Robert Brout, « Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons », Physical Review Letters, vol. 13, no 9, p. 321-321, 31 August 1964.
8 Peter W. Higgs, « Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons », Physical Review Letters, vol. 13, no 16, p. 508-509, 19 October 1964.
9 Gerald S. Guralnik, Carl R. Hagen et Thomas W. B. Kibble, « Global Conservation Laws and Massless Particles », Physical Review Letters, vol. 13, no 20, p. 585-587, 16 November 1964.
10 ATLAS and CMS collaborations, « Combined Measurements of the Higgs Boson Mass in pp Collisions … with the ATLAS and CMS Experiments », Physical Review Letters, vol. 114, 45 pages, 26 March 2015.
11 B. P. Abbott et al., « Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger », Physical Review Letters, vol. 116, no 061102, February 2016.
Annexes
Annexes 1 et 2 François Vazeille
A lire
« La spirale dynamique est un outil pour comprendre les crises » Christian Sempéres (Interview)