L’expérience qui pourrait révéler la nature quantique de la gravité

Des chercheurs internationaux unissent leurs forces pour concevoir une expérience inédite visant à déterminer si la gravité est de nature quantique, une question fondamentale sur l’univers qui pourrait bouleverser notre compréhension de la physique.

La relativité générale et la mécanique quantique sont les deux descriptions les plus fondamentales de la nature que nous connaissons. La relativité générale explique la gravité à grande échelle, tandis que la mécanique quantique décrit le comportement des atomes et des molécules.

Le problème non résolu le plus important en physique fondamentale est de trouver la bonne manière de combiner ces deux théories pour déterminer si la gravité fonctionne à un niveau quantique. Bien que des travaux théoriques aient proposé de nombreuses possibilités, des expériences sont nécessaires pour comprendre pleinement le comportement de la gravité.

Une expérience audacieuse pour explorer la gravité quantique

Depuis un siècle, les expériences sur la nature quantique de la gravité semblaient hors de portée. Des scientifiques des universités de Warwick, UCL, Yale (États-Unis), Northwestern (États-Unis) et Groningen (Pays-Bas) collaborent ensemble pour tenter d’étudier ce mystère.

Leur nouvelle idée consiste à léviter deux microdiamants dans le vide et à placer chacun d’eux dans une superposition quantique, c’est-à-dire dans deux endroits à la fois. Ce comportement contre-intuitif est une caractéristique fondamentale de la mécanique quantique.

Le lien avec le célèbre chat de Schrödinger

Chaque diamant peut être considéré comme une version réduite du chat de Schrödinger.

Le professeur Gavin Morley, chercheur principal et membre du département de physique de l’Université de Warwick, explique : « Le chat de Schrödinger est une expérience de pensée qui montre qu’il serait vraiment étrange si des objets du quotidien (et des animaux de compagnie !) pouvaient être dans une superposition quantique, c’est-à-dire dans deux endroits à la fois. Nous voulons tester les limites de cette idée. »

« Des atomes et des molécules ont déjà été placés avec succès dans un tel état de superposition, mais nous voulons le faire avec des objets beaucoup plus grands. Nos diamants sont composés d’un milliard d’atomes ou plus. Pour tester la nature quantique de la gravité, nous chercherons des interactions entre deux diamants de ce type dues à la gravité. »

Les défis à relever pour réaliser cette expérience

De nombreux défis doivent encore être surmontés pour concrétiser cette idée. Par exemple, il faudra éliminer toutes les interactions entre les nanoparticules autres que la gravité, ce qui est extrêmement difficile étant donné la faiblesse de la gravité, explique le Dr David Moore, de l’Université de Yale.

Le professeur Morley, directeur fondateur de Warwick Quantum, une nouvelle initiative interdisciplinaire pour la recherche en technologie quantique, ajoute : « Pour moi, le problème le plus important en physique aujourd’hui est de développer une expérience qui puisse tester la nature quantique de la gravité. Ce nouveau projet est une accélération dans notre passionnant voyage vers cet objectif. »

En synthèse

Cette expérience ambitieuse, si elle réussit, pourrait apporter des informations précieuses sur la nature quantique de la gravité et aider à résoudre l’un des problèmes les plus importants de la physique fondamentale. Les défis techniques sont nombreux, mais les chercheurs impliqués dans ce projet sont déterminés à explorer cette question cruciale pour notre compréhension de l’univers.

• Des scientifiques mettent au point une expérience pour vérifier 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 connaissons : ils peuvent se trouver dans une superposition quantique, c’est-à-dire à deux endroits en même temps.

• Des scientifiques étudient actuellement 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 « enchevêtrera » les diamants, un phénomène intriguant qui lie fortement deux objets d’une manière impossible dans la vie de tous les jours.
  Ces recherches permettront de mieux comprendre les trous noirs, le big bang et l’univers.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la nature quantique de la gravité ?

La nature quantique de la gravité est la question de savoir si la gravité fonctionne à un niveau quantique, c’est-à-dire si elle suit les règles de la mécanique quantique.

Pourquoi est-il important de comprendre la nature quantique de la gravité ?

Comprendre la nature quantique de la gravité pourrait nous aider à résoudre l’un des problèmes les plus importants de la physique fondamentale et à unifier les théories de la relativité générale et de la mécanique quantique.

Quelle est l’expérience proposée pour étudier la gravité quantique ?

L’expérience consiste à léviter deux microdiamants dans le vide et à les placer dans une superposition quantique, puis à observer les interactions entre eux dues à la gravité.

Quels sont les défis à relever pour réaliser cette expérience ?

Les défis comprennent l’élimination de toutes les interactions entre les nanoparticules autres que la gravité et la réalisation de la superposition quantique avec des objets aussi grands que des microdiamants.

Quelles pourraient être les implications de cette expérience ?

Si l’expérience réussit, elle pourrait apporter des informations précieuses sur la nature quantique de la gravité et aider à résoudre l’un des problèmes les plus importants de la physique fondamentale.

Références

Légende illustration principale : Un faisceau laser dans le laboratoire de Gavin Morley sonde les propriétés quantiques d’un diamant. Crédit : Gavin Morley

Université de Warwick. Scientists develop experiment to test whether gravity is quantum.