En matière de physique, la gravité régit à peu près tout ce que nous pouvons voir dans l’Univers : elle maintient les planètes en orbite autour des étoiles, les étoiles en orbite autour des trous noirs et, enfin, nous tous, coincés sur la planète.
Mais si tous les objets massifs de l’Univers ont une influence sur la gravité, les chercheurs n’ont pas réussi, une fois de plus, à démontrer un lien entre la gravité et la mécanique quantique.
En d’autres termes, la gravité ne semble pas se soucier du monde quantique. Et c’est une sorte de déception pour nos espoirs d’une théorie du tout.
Mais revenons un peu en arrière, car toute cette histoire de mécanique quantique/classique peut devenir un peu compliquée.
En physique, nous disposons essentiellement de deux théories pour expliquer l’Univers : la physique classique, qui englobe tous les travaux réalisés avant le XXe siècle et décrit le comportement de pratiquement tout ce que l’on peut voir – planètes, étoiles, humains, etc.
Et puis il y a la mécanique quantique, l’approche plus récente et plus pointue, qui tente d’expliquer le comportement étrange des plus petites particules de l’Univers, comme les photons, les électrons et l’insaisissable boson de Higgs.
Mais vous avez probablement entendu dire que les physiciens souhaitent réellement unifier ces deux théories pour créer une “théorie du tout” capable d’expliquer l’Univers dans son ensemble, à la fois observable et minuscule, à l’aide d’un seul et unique ensemble d’équations.
Cette dernière étude s’inscrit dans cette tentative. Une équipe de scientifiques chinois de l’Université des sciences et technologies de Huazhong, à Wuhan, a utilisé une nouvelle technique pour rechercher un lien quelconque entre la gravité et le spin quantique, ce qui prouverait que la physique classique et la physique quantique sont liées.
Ainsi, selon la relativité générale – la théorie qui définit la physique classique – l’influence de la gravité est identique pour tous les objets.
C’est ce qu’on appelle le principe d’équivalence, qui signifie simplement que, grâce à la gravité, des objets ayant exactement la même masse suivront des trajectoires identiques s’ils sont en chute libre dans le vide.
Aussi fou que cela puisse paraître, nous l’avons observé à maintes reprises depuis que Galilée l’a testé pour la première fois (de manière imparfaite, grâce aux effets de la résistance de l’air) à la Tour de Pise en 1589 – et vous pouvez même le voir en action dans la vidéo ci-dessous :
Mais les scientifiques supposent que, s’il existe une sorte de lien entre la physique classique et la mécanique quantique, alors – à un petit niveau du moins – la gravité devrait agir légèrement différemment selon le spin quantique d’un objet.
Le spin quantique est un type de moment angulaire intrinsèque qui décrit l’activité d’un électron ou d’un atome et, en gros, si nous pouvons constater qu’il exerce une influence sur la gravité, ce serait incroyablement prometteur pour la perspective d’une théorie unifiée à l’avenir.
Par le passé, les chercheurs ont essayé sans succès de rechercher cette influence quantique sur la gravité, mais dans cette dernière expérience, l’équipe chinoise l’a testée en recréant à très petite échelle la célèbre expérience de chute libre de la Tour de Pise de Galilée .
Ils ont pris deux atomes de rubidium de spins opposés, les ont refroidis à quelques millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu et les ont placés dans un tube à vide.
Ils leur ont ensuite donné un petit coup de pouce à l’aide d’un faisceau laser provenant d’en bas, ce qui les a propulsés vers le haut du tube – avant de retomber au fond. Ils ont ainsi créé une “fontaine” d’atomes qui monte et descend.
À l’aide d’une technique appelée interférométrie atomique, qui exploite la nature ondulatoire des atomes pour suivre leur mouvement avec une précision incroyable, les chercheurs ont mesuré la vitesse exacte à laquelle les atomes tombaient à chaque fois.
Ils ont constaté que, malgré des spins opposés, l’accélération en chute libre des deux atomes correspondait à une partie sur 10 millions près, ce qui est sacrément identique.
Et cela suggère que la gravité n’a que faire de votre rotation quantique, ce qui est problématique pour une théorie unifiée à venir.
Mais – et c’est un gros mais – cette étude montre simplement qu’il n’y a pas eu d’effet sur la gravité que nous puissions mesurer. Et comme l’histoire l’a montré, les scientifiques s’améliorent constamment pour mesurer les choses.
Alors, accrochez-vous à vos chapeaux et préparez-vous à d’autres études de ce type dans les années à venir. Si quelqu’un repère un changement dans le comportement de la gravité, nous pourrions faire un pas de plus vers une théorie du tout. Et si ce n’est pas le cas, les possibilités sont tout aussi excitantes… surveillez cet espace.
Cette recherche a été publiée dansPhysical Review Letters.