On nomme gravitation quantique une théorie hypothétique associant l’ancienne théorie de la gravité modernisée et popularisée par Einstein au début du 20 siècle et la physique quantique datant des débuts du 20 siècle. Ces deux théories sont incompatible mais elles donnent toutes deux des résultats expérimentalement vérifiés.
Régulièrement des cosmologistes annoncent avoir mis au point des expériences montrant que dans l’univers primitif ces contradictions n’existaient pas.
Ainsi, un article de vice.com affirme que des scientifiques ont simulé l’univers primitif dans une nouvelle expérience faisant appel à des atomes ultra-froids et permettant d’associer la gravité et les effets quantique. D’autres expériences dans le cosmos devraient permettre de tester cette hypothèse.
Les premiers instants suivant l’apparition de l’univers sont un mystère, puisque aucun élément ne nous permet de les observer. En particulier l’hypothèse de l’expansion explosive quelques milliseconde après le Big Bang n’est pas admise par tous. Aujourd’hui cependant une équipe de physiciens a mis au point un modèle réduit de ce que pourrait être un univers en expansion sous la forme de ce qu’ils ont nommé un “quantum field simulator” ou simulateur de champs quantiques composé d’atomes ultrafroids
Voir Nature référencé ci-dessous
L’expérience permet de simuler différentes versions d’un espace courbe correspondant à ce que pourrait être un univers sphérique ou hyperbolique (Hyperbolique, voir https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9om%C3%A9trie_hyperbolique). Ces différentes courbures de l’espace-temps influencent, entre autres choses, la façon dont les particules de matière sont produites en laboratoire. Elles permettent d’analyser des dynamiques qui pourraient s’être produites lors du Big Bang.
De tels simulateurs offrent aujourd’hui l’avantage d’explorer des éléments intéressant la gravitation quantique, c’est-à-dire les relations entre la matière et l’énergie au niveau de l’atome.
Référence
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05313-9
Quantum field simulator for dynamics in curved spacetime
Nature volume 611, pages 260–264 (2022)
Abstract
In most cosmological models, rapid expansion of space marks the first moments of the Universe and leads to the amplification of quantum fluctuations1. The description of subsequent dynamics and related questions in cosmology requires an understanding of the quantum fields of the standard model and dark matter in curved spacetime. Even the reduced problem of a scalar quantum field in an explicitly time-dependent spacetime metric is a theoretical challenge2,3,4,5, and thus a quantum field simulator can lead to insights. Here we demonstrate such a quantum field simulator in a two-dimensional Bose–Einstein condensate with a configurable trap6,7 and adjustable interaction strength to implement this model system. We explicitly show the realization of spacetimes with positive and negative spatial curvature by wave-packet propagation and observe particle-pair production in controlled power-law expansion of space, using Sakharov oscillations to extract amplitude and phase information of the produced state. We find quantitative agreement with analytical predictions for different curvatures in time and space. This benchmarks and thereby establishes a quantum field simulator of a new class. In the future, straightforward upgrades offer the possibility to enter unexplored regimes that give further insight into relativistic quantum field dynamics.
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