La physique quantique et la théorie de la relativité générale d’Einstein sont les deux piliers sur lesquels repose notre compréhension de l’Univers, chacune excellant à décrire les phénomènes à ses propres échelles. Cependant, ces deux théories semblent incompatibles lorsqu’il s’agit de lier le monde quantique à celui de la gravité. Une équipe internationale de chercheurs a franchi un pas significatif vers la résolution de cette énigme en mesurant pour la première fois la force gravitationnelle à l’échelle microscopique.
La gravité, cette force qui nous ancre à la Terre et régit le mouvement des planètes, a longtemps échappé à une description quantique, contrairement aux trois autres forces fondamentales de l’Univers. En réussissant à détecter une faible force gravitationnelle agissant sur une particule minuscule, les scientifiques ouvrent la voie vers une théorie de la « gravité quantique« .
Cette avancée n’est pas seulement technique ; elle porte en elle le potentiel de répondre à certaines des questions les plus profondes de la physique. Comment l’Univers a-t-il commencé ? Que se passe-t-il à l’intérieur d’un trou noir ? Peut-on unifier toutes les forces fondamentales dans une seule théorie ?
Le défi de mesurer la gravité à une échelle si réduite a nécessité l’usage de pièges magnétiques supraconducteurs et de températures extrêmement basses, frôlant le zéro absolu. C’est dans ces conditions que la force gravitationnelle, d’une faiblesse inédite de 30 attoNewtons, a été détectée sur la particule.
Ce travail minutieux n’est que le début d’un voyage qui promet de repousser les frontières de notre connaissance. Les chercheurs envisagent déjà de réduire davantage la masse des particules étudiées, s’approchant toujours plus du monde de la physique quantique.
Référence
Science advances
VOL. 10, NO. 8
Measuring gravity with milligram levitated masses
Abstract
Gravity differs from all other known fundamental forces because it is best described as a curvature of space-time. For that reason, it remains resistant to unifications with quantum theory. Gravitational interaction is fundamentally weak and becomes prominent only at macroscopic scales. This means, we do not know what happens to gravity in the microscopic regime where quantum effects dominate and whether quantum coherent effects of gravity become apparent. Levitated mechanical systems of mesoscopic size offer a probe of gravity, while still allowing quantum control over their motional state. This regime opens the possibility of table-top testing of quantum superposition and entanglement in gravitating systems. Here, we show gravitational coupling between a levitated submillimeter-scale magnetic particle inside a type I superconducting trap and kilogram source masses, placed approximately half a meter away. Our results extend gravity measurements to low gravitational forces of attonewton and underline the importance of levitated mechanical sensors.
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