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Des scientifiques observent la gravité d'Einstein dans le monde quantique
par l'Université d'Oxford
Édité par Lisa Lock, révisé par Robert Egan
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La puce à atomes utilisée lors de l'expérience (fabriquée à l'Université Ben Gourion du Néguev). Pour l'expérience, la puce était placée à l'envers et les atomes étaient manipulés juste en dessous. Crédit : Université Ben Gourion du Néguev
Une équipe internationale, incluant le physicien et prix Nobel Sir Roger Penrose, a observé pour la première fois un effet de la gravité sur un objet quantique en chute, un phénomène prédit de longue date. Ce résultat démontre qu'un principe fondamental au cœur de la théorie de la gravité d'Einstein reste cohérent avec le comportement de la matière dans le monde quantique. L'étude, menée par l'Université Ben Gourion du Néguev, l'Université d'Ulm et l'Université d'Oxford, a été publiée aujourd'hui (2 septembre) dans la revue *Science Advances*.
Depuis plus d'un siècle, les physiciens s'appuient sur deux descriptions de la nature d'une efficacité remarquable. La mécanique quantique explique le comportement étrange des atomes et d'autres objets minuscules. La théorie de la gravité d'Einstein explique comment les objets tombent et comment la gravité façonne l'univers. Pourtant, les physiciens ne comprennent pas encore parfaitement comment ces deux théories s'articulent entre elles.
Aujourd'hui, une équipe internationale a réalisé une expérience pour sonder le point de rencontre entre ces deux domaines. Dans cette étude, les chercheurs ont observé une modification caractéristique des propriétés quantiques d'atomes alors qu'ils chutaient sous l'effet de la gravité. Fait crucial, l'effet mesuré est identique à celui prédit lorsque l'on applique le principe d'équivalence d'Einstein — pierre angulaire de sa théorie de la gravité — à un objet quantique.
Le principe d'équivalence stipule que, pour un observateur en chute libre, la gravité doit localement disparaître. Une personne en chute libre dans un ascenseur, par exemple, ressentirait une sensation d'apesanteur. Bien que cette théorie ait résisté à des tests d'une précision extraordinaire impliquant de la matière ordinaire, on ignorait comment la tester expérimentalement avec des objets quantiques, lesquels peuvent se comporter comme des ondes et emprunter simultanément plusieurs trajectoires.
Au cœur de cette expérience se trouve un nouveau dispositif que les chercheurs ont baptisé « interféromètre quantique de Galilée ». Cela leur a permis de réaliser une opération inédite : scinder l'onde quantique associée à un atome en deux trajectoires distinctes, maintenir l'une d'elles immobile tout en laissant l'autre chuter librement, puis les réunir pour observer comment la gravité avait modifié l'onde en chute.
Le dispositif MOT 2D qui alimente la chambre expérimentale en atomes froids. Au centre se trouve une cellule en verre maintenue sous vide entre des bobines générant des champs magnétiques. Les atomes pénètrent dans la chambre expérimentale par le minuscule orifice visible au centre de la surface jaune (réfléchissante). Crédit : Or Dobkowski
Soumettre un principe d'Einstein à l'épreuve quantique
L'expérience a été menée à l'université Ben Gourion en utilisant des nuages d'atomes de rubidium refroidis à une température proche du zéro absolu et manipulés à proximité immédiate d'une puce à atomes spécialement conçue.
L'équipe expérimentale, dont faisait partie le doctorant Or Dobkowski, a d'abord utilisé des impulsions micro-ondes pour placer les atomes ultrafroids dans un état de superposition quantique, permettant ainsi à chaque atome d'emprunter simultanément deux trajectoires différentes. Ils ont ensuite utilisé de minuscules fils électriques intégrés à la puce pour générer des champs magnétiques contrôlés avec précision. Une partie de l'onde atomique a réagi à ce champ magnétique, permettant aux chercheurs d'appliquer une force ascendante compensant exactement l'attraction gravitationnelle vers le bas. En somme, cette partie de l'onde était maintenue immobile par rapport au laboratoire et à la Terre.
L'autre partie a été propulsée vers le haut grâce à une impulsion magnétique contrôlée avec précision, puis basculée dans un état quasi insensible au champ magnétique, lui permettant de chuter librement sous l'effet de la gravité — suivant une trajectoire balistique, à l'instar d'une balle lancée en l'air.
Vue d'ensemble du dispositif expérimental. Au cœur du système se trouve une chambre à vide où règnent des conditions similaires à celles de l'espace, permettant de conserver les atomes sans les perturber. À gauche figure un MOT 2D, dispositif alimentant en atomes la chambre expérimentale où est installée la puce à atomes. Autour de la chambre sont disposées des antennes, des bobines et des fibres optiques permettant de piéger et de refroidir les atomes, puis de les manipuler pour qu'ils empruntent deux trajectoires distinctes. Enfin, la phase relative entre les deux trajectoires est mesurée. Crédit : Or Dobkowski
À la fin de la chute, les chercheurs ont utilisé une nouvelle impulsion magnétique contrôlée avec précision pour réunir les deux parties. Lorsque les deux ondes ont été recombinées, elles ont interféré entre elles. Cette interférence a permis aux chercheurs de mesurer la minuscule différence de phase quantique accumulée alors que l'une des ondes était en chute libre et que l'autre était maintenue immobile.
La phase mesurée lors de cette nouvelle expérience est identique à celle prédite lorsque le principe d'Einstein est appliqué à une telle onde quantique. Ce résultat établit donc un lien expérimental entre la physique quantique et la théorie de la gravitation d'Einstein.
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RESUME
Des scientifiques observent la gravité d’Einstein dans le monde quantique
Un interféromètre atomique a mesuré la différence de phase quantique entre des atomes de rubidium ultra-froids en chute libre et des atomes maintenus immobiles, en opposition à la gravité. La phase correspond aux prédictions basées sur le principe d’équivalence d’Einstein, confirmant ainsi sa cohérence avec la mécanique quantique dans ce régime. Ce résultat ne démontre pas l’existence de la gravité quantique et n’unifie pas la gravité et la théorie quantique.
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COMMENTAIRES
Les inventeurs du modèle de gravite quantique Lee Smolin aux USA et Carlo Rovelli en France ont toujours espéré trouver un test de la validite de leur modèle et de leur théorie .Il apparait que cet article l'invalide !
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x E t si vous desirez voir l original
c est publié dans
Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aec8045
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