Nous ne doutons pas de l’existence de la force de gravité ou gravitation. C’est grâce à elle que les objets que nous lâchons tombent au sol et souvent se brisent. C’est aussi grâce à elle, plus concrètement nous nous tenons debout.
Rappelons qu’en 1905 Albert Einstein publie la théorie de la relativité restreinte. Dix ans plus tard, c’est la relativité générale qui lui succède. Depuis plus d’un siècle, ces grandes lois régissent le fonctionnement de notre compréhension de l’univers. Souvent remise en question, elles n’ont été contredites qu’à de rares occasions. L’une d’elles a d’ailleurs valu le prix Nobel au français Alain Aspect.
Malgré l’épreuve du temps, les théories d’Einstein sont toujours au cœur de l’actualité scientifique, notamment le concept de la « gravitation »
Aujourd’hui, pour mieux appréhender ce concept, des scientifiques ont voulu « voir » la gravité à l’œuvre. Ils ont à cette fin construit une expérience grandeur nature.
Concrètement, ils ont préparé une barre d’aluminium de 1,8 tonne. Ils se sont ensuite efforcé de la refroidir autant que possible (pour atteindre son état quantique le plus bas). La dernière étape de cette expérience a été de lancer des ondes gravitationnelles produites expérimentalement en laboratoire sur le cylindre d’aluminium.
Avec la force de la gravité, l’objet allait se déformer par endroit. Ces légers changements devaient permettre de mieux comprendre comment la gravité agit sur des éléments de base. C’est bien ce qui s’est produit.
Les détails de ces travaux de recherche ont été publiés au début du mois dans la revue Nature. C’est le physicien Germain Tobar de l’Université de Stockholm qui est à l’origine de la rédaction de cet article. On peut en retrouver ci-dessous les références et l ‘abstract.
L’article est accessible dans sa version complète ici
Ce travail sur la gravité n’est pas seulement de la recherche fondamentale. Mieux comprendre la gravité permettrait aux scientifiques de la relier aux autres forces connues, qui agissent sur l’infiniment petit.
Les avancées scientifiques de l’entre deux-guerre avaient permis deux avancées majeures.La première, nous l’avons vu plus haut, c’est la théorie de la relativité générale d’Einstein. La seconde, ce sont les lois de la physique quantique . Ces dernières régissent la façon dont les particules agissent à des échelles microscopiques.
Depuis près d’un siècle, les scientifiques du monde entier tentent de relier ces deux mondes, que tout oppose. Il s’agirait de trouver une théorie qui fonctionne à la fois pour l’infiniment grand et l’infiniment petit. Baptisée « théorie du tout », ce concept scientifique n’a pas encore livré tous ses secrets, mais la communauté scientifique espère que des expériences sur la gravité permettront de relier ces deux mondes
Référence
- Published: 22 August 2024
- Detecting single gravitons with quantum sensing
volume15, Article number: 7229 (2024)
Abstract
The quantization of gravity is widely believed to result in gravitons – particles of discrete energy that form gravitational waves. But their detection has so far been considered impossible. Here we show that signatures of single graviton exchange can be observed in laboratory experiments. We show that stimulated and spontaneous single-graviton processes can become relevant for massive quantum acoustic resonators and that stimulated absorption can be resolved through continuous sensing of quantum jumps. We analyze the feasibility of observing the exchange of single energy quanta between matter and gravitational waves. Our results show that single graviton signatures are within reach of experiments. In analogy to the discovery of the photo-electric effect for photons, such signatures can provide the first experimental clue of the quantization of gravity.
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