L’incertitude est inhérente au processus scientifique. La qualité des mesures effectuées par les scientifiques dépend directement de la précision des instruments utilisés à cet effet. La prise en compte de l’incertitude fait partie du quotidien des scientifiques du CERN, mais elle est particulièrement importante lorsqu’il s’agit de mesurer les dimensions des éléments des accélérateurs et des détecteurs. Cependant, dans le monde de la métrologie –la science des mesures – les laboratoires ne sont pas tous d’accord sur le degré d’incertitude à prendre en compte.
C’est la raison pour laquelle, au cours des derniers mois, onze laboratoires de toute l’Europe sont venus au CERN effectuer des mesures extrêmement précises sur une même poutre en carbure de silicium. En comparant leurs résultats, ils pourront se mettre d’accord sur la manière d’établir l’incertitude dans leurs mesures. De nombreux facteurs influent sur l’incertitude d’une mesure, notamment la méthode de mesure appliquée, la compétence de la personne qui réalise la mesure et l’environnement dans lequel est effectuée la mesure.
Les mesures de précision sont extrêmement importantes pour les laboratoires utilisant des accélérateurs, et le CERN ne fait pas exception. Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) utilise des aimants pour accélérer des faisceaux de protons et les amener à entrer en collision. Pour ce faire, une extrême précision est nécessaire. Les différents éléments doivent en effet être alignés avec une tolérance de 150 microns sur 200 mètres, ce qui représente une marge d’erreur équivalente à l’épaisseur d’une seule feuille de papier. Le concept de précision d’alignement est souvent interprété de manière variable, ce qui peut conduire à des tolérances irréalistes susceptibles d’avoir un impact négatif important sur les performances des accélérateurs.
Avec le LHC à haute luminosité (HL-LHC), et potentiellement le Futur collisionneur circulaire, les exigences en matière de précision ne cessent d’augmenter. De nombreux autres laboratoires utilisant des accélérateurs font face également à un besoin de précision accru.
« Nous cherchons tous à être plus précis, mais nous touchons tous à nos limites, souligne Patrick Bestmann, ingénieur géomètre au CERN. De plus, si quelqu’un vous demande avec quelle précision vous pouvez réaliser quelque chose, une multitude de réponses sont possibles, toutes correctes, en fonction de la définition que vous avez adoptée. »
C’est la raison pour laquelle des ingénieurs de plusieurs laboratoires européens ont organisé une comparaison interlaboratoires, processus officiellement reconnu par l’Organisation internationale de normalisation (ISO) visant à aider les laboratoires à assurer la cohérence des mesures et à repérer les erreurs ou les biais potentiels. Pour la comparaison interlaboratoires faisant l’objet du présent article, les laboratoires ont tous mesuré une poutre en carbure de silicium, un prototype destiné au Collisionneur linéaire compact du CERN.
Tous les laboratoires ont terminé de prendre leurs mesures. Ils vont maintenant pouvoir soumettre leurs résultats avec leurs incertitudes. Les données seront ensuite comparées statistiquement de manière à repérer les éventuelles valeurs aberrantes.
« Il ne s’agit pas de blâmer ou de critiquer qui que ce soit, mais de sensibiliser. En effet, si quelqu’un surestime ou sous-estime régulièrement ses incertitudes, il doit le savoir », explique Patrick Bestmann.
Les laboratoires espèrent publier leurs résultats et présenter leurs conclusions courant 2026 dans un article évalué par des pairs. À l’avenir, tous les laboratoires qui ont participé à cette comparaison auront la certitude qu’en matière d’incertitudes, leurs mesures seront alignées, tout comme leurs accélérateurs.