Une expérience pour détecter les gravitons enfin proposée
Des physiciens ont récemment formulé une proposition d’expérience innovante, visant à détecter des gravitons individuels, ces particules élémentaires hypothétiques qui transmettent la gravité. La méthode suggérée repose sur l’analyse de la quantité de gravitons isolés qui seraient absorbés par un cylindre doté d’un détecteur quantique extrêmement sensible. Les chercheurs prévoient que cette expérience devient réalisable prochainement, compte tenu des récentes avancées technologiques dans le domaine de la physique quantique.
Une avancée dans la compréhension de la gravité
Il y a près d’un siècle, Albert Einstein a révolutionné notre compréhension de la gravité en décrivant son impact sur l’espace-temps. Ses théories, confirmées par des observations multiples, démontrent la déformation du tissu spatio-temporel causée par l’attraction gravitationnelle des objets massifs. Cependant, bien que la majorité des interactions élémentaires aient des équivalents quantiques, l’harmonisation de la gravité avec la mécanique quantique demeure l’un des plus grands défis de la physique moderne.
Le graviton, qui pourrait représenter l’équivalent quantique de la gravité, reste insaisissable. Considéré comme l’élément constitutif de la gravité, il pourrait être perçu comme le pendant des atomes pour la matière.
Des pistes de détection prometteuses
Diverses techniques ont été envisagées pour détecter les gravitons. La plupart d’entre elles reposent sur l’utilisation de systèmes quantiques qui entraînent des modifications des lois de la physique classique, ce qui pourrait mener à des scénarios de gravité quantique. D’autres approches mettent l’accent sur la recherche d’éléments dissimulés dans les ondes gravitationnelles, confirmées récemment, qui théoriquement, se composent de milliards de gravitons. Ces ondes résultent d’événements cosmiques majeurs, tels que les collisions de trous noirs.
Malgré des années de recherche, aucun graviton n’a été identifié jusqu’à présent. L’idée même de leur détection avait été jugée irréalisable en raison de contraintes techniques substantielle. Igor Pikovski, physicien rattaché à l’Institut de technologie Stevens et à l’Université de Stockholm, souligne que de nombreux collègues ont longtemps considéré cette quête comme impossible. Il indique que les expériences quantiques au-delà de quelques atomes ont toujours semblé hors de portée, vu l’interaction minimale avec les gravitons.
Une méthode inspirée de l’effet photoélectrique
Malgré ces obstacles, des effets quantiques ont été observés récemment dans des objets de plus grande taille. Igor Pikovski et son équipe estiment que ces objets offrent un potentiel substantiel pour détecter des gravitons, en raison de leur meilleure interaction avec la gravité. Ils proposent donc une méthode innovante pour identifier des gravitons isolés, la qualifiant d’expérience fondamentale longtemps considérée comme impossible.
Les détails de cette recherche ont été publiés dans la revue Nature Communications. L’expérience repose sur l’association d’une technologie de détection actuelle des ondes gravitationnelles à une approche améliorée pour évaluer l’état énergétique de la matière, connue sous le nom de détection quantique. Ce processus nécessiterait un cylindre très massif, désigné par le terme « barre de Weber », pouvant absorber et émettre des gravitons, comparativement à l’émission et à l’absorption de photons d’Einstein.
Un avenir prometteur pour la détection des gravitons
Selon Igor Pikovski, cette approche ressemble à l’effet photoélectrique qui a été à l’origine des travaux d’Einstein sur la théorie quantique de la lumière, les ondes gravitationnelles jouant ici le rôle des ondes électromagnétiques. L’énergie serait échangée entre la matière et les ondes par étapes distinctes, permettant ainsi de révéler la présence de gravitons individuels.
Lors de l’expérience, le matériau serait refroidi à son niveau d’énergie le plus bas, puis légèrement mis en vibration grâce au passage d’une onde gravitationnelle. Les détecteurs quantiques ultrasensibles suivraient minutieusement les variations de l’énergie des vibrations, appelées « sauts quantiques », qui permettraient d’affirmer qu’un graviton a été absorbé.
Pour mener à bien cette expérience, l’équipe projette d’utiliser les données collectées par LIGO en 2017 suite à la collision de deux étoiles à neutrons. Thomas Beitel, coauteur de l’étude, précise qu’il sera possible d’établir une corrélation entre ces données et le détecteur proposé pour isoler les gravitons individuels.
Cependant, il est crucial de noter que la technologie nécessaire pour réaliser cette détection quantique ultrasensible n’est pas encore pleinement développée. Néanmoins, les experts estiment que les progrès rapides dans le domaine des technologies quantiques pourraient permettre une concrétisation de cette expérience dans un avenir proche. De surcroît, des sauts quantiques récemment observés dans divers matériaux laissent entrevoir de nouvelles possibilités pour la détection de gravitons.