Des physiciens observent pour la première fois la gravité d’Einstein à l’échelle quantique

Une équipe internationale de physiciens a observé directement pour la première fois un effet gravitationnel prédit par le principe d'équivalence d'Einstein à l'échelle quantique, offrant ainsi une passerelle expérimentale rare entre deux des théories les plus fructueuses mais incompatibles de la physique.

L'étude, publiée le mercredi 2 septembre dans la revue Science Advances, a utilisé des atomes de rubidium ultra-froids pour mesurer l'impact de la gravité sur la phase quantique d'un atome en chute libre, et a révélé que les résultats correspondaient aux prédictions issues de la relativité générale.sciencedaily+1

Diviser des atomes pour tester Einstein

L'expérience, menée par Ron Folman de l'université Ben-Gourion du Néguev avec des collaborateurs de l'université d'Oxford, de l'université d'Ulm et d'autres institutions, a utilisé un dispositif appelé interféromètre Galilée quantique. L'équipe a refroidi des nuages d'atomes de rubidium à une température à peine supérieure au zéro absolu et les a placés à proximité d'une puce atomique spécialement conçue. À l'aide d'impulsions micro-ondes, ils ont placé les atomes dans un état de superposition quantique: un état dans lequel chaque atome suivait effectivement deux trajectoires simultanément.sciencedaily

Sur l'une des trajectoires, les champs magnétiques générés par la puce contrecarraient la gravité, maintenant l'atome immobile. Sur l'autre, l'atome était projeté vers le haut par une impulsion magnétique, puis laissé en chute libre. Lorsque les deux trajectoires se sont rejointes, la figure d'interférence qui en a résulté a révélé un déphasage quantique mesurable, correspondant à ce que le principe d'équivalence d'Einstein prédirait pour un objet quantique.space+1

« C'est un article unique, en ce sens qu'il combine une expérience difficile avec une interprétation théorique de grande portée sur l'une des questions les plus fondamentales de la physique », a déclaré Ron Folman dans un communiqué.sciencedaily

Ce que cela prouve: et ce que cela ne prouve pas

L'équipe, qui comprend le physicien lauréat du prix Nobel Sir Roger Penrose, a veillé à bien définir les limites de sa réussite. Ce résultat n'unit pas la mécanique quantique et la relativité générale, et ne démontre pas non plus que la gravité elle-même est quantique. Il montre simplement que le principe d'équivalence d'Einstein reste compatible avec le comportement quantique dans les conditions testées.discovermagazine+1

« Nous n'avons aucune théorie cohérente qui nous explique pourquoi la physique quantique devrait échouer », a déclaré le coauteur Vlatko Vedral, de l'université d'Oxford. « Cette expérience pousse la mécanique quantique vers l'une de ses frontières les plus intrigantes, la gravité, et montre que, une fois de plus, ses prédictions se vérifient. »sciencedaily+1

Un long chemin à parcourir

Penrose soutient depuis longtemps que la mécanique quantique pourrait s'effondrer lorsque des objets suffisamment massifs sont maintenus en superposition pendant des périodes prolongées. L'expérience actuelle ne portait pas sur des objets assez grands pour tester cette hypothèse, mais les chercheurs espèrent à terme étendre cette technique à des objets plus lourds, notamment des nanodiamants. Des expériences visant cet objectif sont déjà en cours à l'université Ben-Gourion.sciencedaily