La gravité est-elle une quantité ? Une nouvelle expérience pour explorer les profondeurs de l’univers

• Les scientifiques développent une expérience pour tester si la gravité est quantique ou non
• En mécanique quantique, qui décrit le comportement des atomes et des molécules, les choses se comportent différemment de tout ce que nous connaissons : elles peuvent être dans un état de superposition quantique tel qu’elles se trouvent à deux endroits en même temps.
• Aujourd’hui, les scientifiques cherchent un moyen de déterminer si la gravité fonctionne de cette façon, en faisant léviter de minuscules diamants dans le vide.
• Si la gravité était quantique, les diamants seraient « intriqués » – un phénomène intéressant qui relie fortement deux objets d’une manière impossible dans la vie quotidienne.
• Cette recherche aidera à 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 nos deux descriptions fondamentales de la nature. La relativité générale explique la gravité à grande échelle tandis que la mécanique quantique explique le comportement des atomes et des molécules.

Le défi de l’unification des théories

Le problème non résolu le plus important en physique fondamentale est sans doute la manière correcte de combiner ces deux théories – pour déterminer si la gravité opère au niveau quantique. Même si les travaux théoriques suggèrent de nombreuses possibilités, des expériences sont nécessaires pour bien comprendre le comportement de la gravité.

Un faisceau laser dans le laboratoire de Gavin Morley explore les propriétés quantiques des diamants. Crédit : Gavin Morley

Une expérience révolutionnaire du consortium mondial

Pendant cent ans, les expériences sur la nature quantique de la gravité semblaient tirées par les cheveux, mais aujourd’hui, des scientifiques basés aux universités de Warwick, de l’University College de Londres, de Yale (États-Unis), de Northwestern (États-Unis) et de Groningen (Pays-Bas) vont travailler ensemble pour enquêtez sur ce puzzle. .

Leur nouvelle idée est de soulever deux minuscules diamants dans le vide et de les placer tous deux 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.

La vision de l’expérience du professeur Morley

Chaque diamant peut être considéré comme une version plus petite du chat de Schrödinger. Chercheur principal Professeur Gavin Morley, Département de physique, Université de WarwickIl explique : « Le chat de Schrödinger est une expérience de pensée qui suggère qu’il serait vraiment étrange que des objets du quotidien (et des animaux de compagnie !) soient dans un état de superposition quantique s’ils se trouvent à deux endroits à la fois. Nous voulons tester les limites de cette expérience. idée. »

« Nous avons réussi à placer des atomes et des molécules dans cet 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 devons rechercher des interactions entre deux de ces diamants en raison de la gravité.

« Si la gravité était quantique, elle serait capable d’enchevêtrer deux diamants. L’intrication est un effet quantique unique dans lequel deux choses sont connectées plus fortement que ce qui est possible dans notre vie quotidienne. Par exemple, si deux pièces de monnaie pouvaient être intriquées, vous constateriez peut-être que quand on les retourne, ils descendent de la même manière même s’il est impossible de savoir s’ils seront à la fois pile ou face.

Défis et répercussions

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 très difficile car 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 multidisciplinaire de recherche en 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 de notre passionnant voyage vers cet objectif.

Points de vue des chercheurs collaborateurs

Le professeur Sugato Bose, de l’University College de Londres, a commenté : « Il est difficile d’exagérer à quel point il est important pour les physiciens de mener des expériences permettant de découvrir la bonne manière de combiner la mécanique quantique et la relativité générale. Les personnes travaillant sur les théories de la gravité quantique, telles que La théorie des cordes se concentre généralement sur ce qui se passe aux hautes énergies, à proximité des trous noirs et lors du big bang.

« En revanche, notre travail est effectué dans un régime de basse énergie ici sur Terre, mais il fournira également des informations inestimables sur… si La gravité est quantique. L’expérience peut également être considérée comme une vérification de la prédiction générale 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 révolutionnaire en abordant certains des principaux défis techniques pour faire de ces tests des aspects quantiques de la gravité une réalité », a déclaré Andrew Geraci, professeur agrégé de physique. Université du nord-ouest.

Le projet s’appelle « MAST-QG : Superpositions macroscopiques pour visualiser la nature quantique de la gravité ».