Le système interférométrique de table le plus sensible au monde – une version miniature de détecteurs d'ondes gravitationnelles longs de plusieurs kilomètres comme LIGO – a terminé sa première expérience scientifique.
L'expérience QUEST (Quantum Enhanced Space-Time Measurement), basée à l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff, vise à découvrir la nature fondamentale de l'espace-temps.
QUEST peut mesurer des changements de longueur 100 000 milliards de fois plus petits que la largeur d’un cheveu humain et a établi un nouveau record de sensibilité en seulement trois heures.
Ce niveau de sensibilité record aidera les chercheurs à étudier de nouvelles physiques sur l’espace-temps, la gravité et l’existence de la matière noire.
Leurs résultats expérimentaux, présentés dans Lettres d'examen physiquea fixé de nouvelles limites à l'existence d'ondes gravitationnelles à très haute fréquence, qui, selon les chercheurs, pourraient être émises par des sources de l'univers primitif ou des trous noirs miniatures.
Les connaissances acquises lors du développement et de la mise en service de l'expérience contribueront également à la prochaine génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles, selon l'équipe.
« Notre expérience tente de répondre à la question de savoir si l'espace-temps est » quantifié « », explique l'auteur principal Abhinav Patra, chercheur Enrico-Fermi menant des recherches doctorales au Gravity Exploration Institute de l'Université de Cardiff.
« La physique moderne traite l'espace et le temps non pas comme deux choses distinctes, mais comme une seule entité physique. Le problème sur lequel nous travaillons cherche à établir la plus petite unité possible d'espace-temps. De cette manière, il fait suite aux résultats d'expériences menées tout au long du 20e siècle qui ont prouvé que d'autres entités similaires, comme les champs électriques et les champs magnétiques, sont quantifiées.
« C'est l'objectif à long terme de QUEST. Dans cette étude, nous faisons les premiers pas vers cet objectif et, ce faisant, atteignons un niveau de sensibilité record avec des instruments suffisamment petits pour tenir sur une seule table dans un laboratoire. »
Une expérience de table comme QUEST offre aux chercheurs la flexibilité nécessaire pour optimiser les recherches de signaux scientifiques fondamentaux provenant de la matière noire ou de la gravité quantique, une théorie qui décrit comment l'espace-temps se comporterait s'il était de nature quantique.
L’espace-temps quantique fait l’objet d’une recherche active dans le domaine de la physique depuis cinq décennies.
Des études théoriques et expérimentales allant des études cosmologiques aux diamants en lévitation ont été réalisées, dont beaucoup sont actuellement en cours de développement.
L’équipe de Cardiff a plutôt déployé son expertise de plus de 50 ans dans la recherche sur les ondes gravitationnelles pour résoudre le problème et est la première à utiliser des interféromètres de table dans cette recherche.
Le professeur Hartmut Grote, co-auteur et également du Gravity Exploration Institute, a déclaré : « Les théories quantiques de la gravité peuvent se manifester par des fluctuations de l'espace-temps, que les interféromètres excellent à mesurer.
« QUEST est une approche interférométrique du problème de la gravité quantique. Il utilise donc toutes les leçons tirées des développements technologiques réalisés pour la détection interférométrique des ondes gravitationnelles pour étudier la gravité quantique.
« Dans cette étude, nous démontrons à quel point les interféromètres de table peuvent être extrêmement sensibles. Nous avons développé une technique de corrélation qui recherche des signaux communs dans deux instruments indépendants. Cela nous a permis de rechercher des ondes gravitationnelles à très haute fréquence avec une sensibilité record. »
L'expérience QUEST a mis quatre ans à l'équipe pour concevoir, installer et mettre en service.
Ils travaillent actuellement à mener une étude scientifique d'une durée d'un mois, qui, selon eux, améliorera encore la sensibilité avec laquelle les fluctuations spatio-temporelles et les ondes gravitationnelles pourront être sondées.
