Des scientifiques de plusieurs universités collaborent à une expérience appelée « MAST-QG » pour déterminer si la gravité possède des propriétés quantiques. L’expérience, qui consiste à faire léviter des microdiamants en superposition quantique, vise à unir la relativité générale et la mécanique quantique. Malgré sa complexité, cette recherche pourrait modifier fondamentalement notre compréhension de la gravité et aurait de vastes implications pour la physique. Crédit : Issues.fr.com
Les scientifiques développent une expérience pour tester si la gravité est quantique – l’une des questions les plus profondes concernant notre univers.
- Les scientifiques développent une expérience pour tester si la gravité est quantique
- En mécanique quantique, qui décrit le comportement des atomes et des molécules, les objets se comportent différemment de tout ce que nous savons : ils peuvent être dans une superposition quantique, se trouvant à deux endroits en même temps.
- Aujourd’hui, des scientifiques étudient un moyen de déterminer si la gravité fonctionne de cette manière, en faisant léviter des microdiamants dans le vide.
- Si la gravité est quantique, elle « emmêlera » les diamants – un phénomène intrigant qui lie fortement deux objets d’une manière impossible dans la vie quotidienne.
- Cette recherche contribuera à mieux comprendre les trous noirs, le Big Banget l’univers
Expérience de gravité quantique
Les scientifiques développent une expérience pour tester si la gravité est quantique – l’une des questions les plus profondes concernant notre univers.
La relativité générale et la mécanique quantique sont les deux descriptions les plus fondamentales de la nature dont nous disposons. La relativité générale explique la gravité à grande échelle tandis que la mécanique quantique explique le comportement des atomes et des molécules.
Le défi des théories unificatrices
Le problème non résolu le plus important en physique fondamentale est sans doute la manière correcte de réunir ces deux théories – pour déterminer si la gravité opère à un niveau quantique. Même si les travaux théoriques ont proposé de nombreuses possibilités, des expériences sont nécessaires pour bien comprendre le comportement de la gravité.
Un faisceau laser dans le laboratoire de Gavin Morley sonde les propriétés quantiques d’un diamant. Crédit : Gavin Morley
Expérience révolutionnaire du Consortium mondial
Pendant cent ans, les expériences sur la nature quantique de la gravité semblaient hors de portée, mais désormais des scientifiques basés aux universités de Warwick, UCL, Yale (États-Unis), Northwestern (États-Unis) et Groningen (Hollande) vont travailler ensemble pour enquêter sur cette énigme. .
Leur nouvelle idée est de faire léviter deux microdiamants dans le vide et de les placer chacun dans une superposition quantique consistant à se trouver à deux endroits en même temps. Ce comportement contre-intuitif est une caractéristique fondamentale de la mécanique quantique.
Le point de vue du professeur Morley sur l’expérience
Chaque diamant peut être considéré comme une version plus petite du chat de Schrödinger. Chercheur principal Professeur Gavin Morley, Département de physique, Université de Warwick, explique : « Le chat de Schrödinger est une expérience de pensée montrant qu’il serait vraiment étrange que les objets du quotidien (et les animaux de compagnie !) puissent se trouver dans une superposition quantique, c’est-à-dire se trouver à deux endroits à la fois. Nous souhaitons tester les limites de cette idée.
« Les atomes et les molécules ont été mis avec succès dans un tel état de superposition, mais nous voulons le faire avec des objets beaucoup plus gros. Nos diamants sont constitués d’un milliard d’atomes ou plus. Pour tester la nature quantique de la gravité, nous rechercherions les interactions entre deux de ces diamants dues à la gravité.
« Si la gravité est quantique, elle serait alors capable d’enchevêtrer les deux diamants. L’intrication est un effet quantique unique dans lequel deux choses sont liées plus fortement que ce qui est possible dans notre vie quotidienne. Par exemple, si deux pièces peuvent être empêtrées, vous constaterez peut-être que chaque fois que vous les lancez, elles atterrissent toutes les deux dans la même direction, même s’il est impossible de savoir à l’avance si elles seront toutes les deux face ou face.
Défis et implications
Il reste encore de nombreux défis à relever pour concrétiser cette idée, sur lesquels l’équipe étudiera au cours du projet. « Par exemple, nous devons éliminer toutes les interactions entre les nanoparticules autres que la gravité, ce qui est incroyablement difficile puisque la gravité est si faible », explique le Dr David Moore, de Université de Yale.
Le professeur Morley, directeur fondateur de Warwick Quantum, une nouvelle initiative interdisciplinaire de recherche sur la technologie quantique, a ajouté : « Pour moi, le problème le plus important en physique à l’heure actuelle est de développer une expérience capable de tester la nature quantique de la gravité. Ce nouveau projet est une accélération dans notre voyage passionnant vers cet objectif.
Points de vue des scientifiques collaborateurs
Le professeur Sougato Bose, UCL, a commenté : « Il est difficile d’exagérer à quel point il serait important pour les physiciens de disposer d’expériences capables de sonder la manière correcte de combiner la mécanique quantique et la relativité générale. Les personnes travaillant sur les théories de la gravité quantique, comme la théorie des cordes, se concentrent généralement sur ce qui se passe aux hautes énergies, à proximité des trous noirs et au Big Bang.
« En revanche, notre travail se situe dans un régime de faible énergie ici même sur Terre, mais il fournirait également des informations inestimables sur si la gravité est quantique. En outre, l’expérience peut être considérée comme la vérification d’une prédiction générique de toute théorie quantique de la gravité aux basses énergies.
Le professeur Anupam Mazumdar, de l’Université de Groningen, ajoute : « En vue de comprendre la nature quantique de la gravité, nous pourrons peut-être tester d’autres aspects de la physique fondamentale, tels que les déviations exotiques de la gravité newtonienne sur de courtes distances. »
« Il s’agit d’une expérience difficile, et ce projet est un pionnier pour relever certains des principaux défis techniques permettant de faire de ces tests des aspects quantiques de la gravité une réalité », déclare Andrew Geraci, professeur agrégé de physique, Université du nord-ouest.
Le projet s’appelle « MAST-QG : Superpositions macroscopiques pour observer la nature quantique de la gravité ».
