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Tester la relativité générale en laboratoire par interférométrie atomique

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Savas Dimopoulos

La théorie de la relativité générale est certainement la plus belle théorie physique découverte par l'homme. Pourtant, malgré des succès incontestables, elle n'en est pas moins assez peu testée expérimentalement, surtout si on la compare à sa grande sœur, l'électrodynamique quantique. On sait de plus que la gravitation est particulièrement rebelle à presque toutes les méthodes de quantification, peut-être parce que nous utilisons justement une mauvaise théorie à son sujet. Des expériences seraient incontestablement le moyen d'y voir plus clair et c'est pourquoi Savas Dimopoulos et Mark Kasevitch se sont penchés, comme certains de leurs prédécesseurs, sur des tests fins possibles en utilisant l'interférométrie atomique.

Ils viennent en effet de publier un article dans Physical Review Letters avec leurs collègues Peter Grahan et Jason Hogan de l'Université de Stanford. Ils sont partis de la constatation que des dispositifs d'interférométrie, mais avec des lasers, étaient déjà utilisés pour faire des gyromètres et des gyroscopes pour de la navigation de précision dans les avions.

En utilisant des dispositifs d'interférométrie avec atomes froids, il devrait être dans un premier temps possible de reproduire des tests de précisions de la relativité générale déjà effectués dans le système solaire mais, cette fois-ci, au laboratoire. Dans un second temps, la précision atteinte devrait même être supérieure aux tests astrophysiques et permettre de contraindre différents effets, comme certains prédits par la théorie des cordes par exemple.

Que ce soit au niveau du mouvement des planètes ou de ceux des pulsars binaires, il n'est évidemment pas possible d'avoir un contrôle sur les paramètres d'une expérience au sujet des corrections que donnent la relativité générale, ou une autre théorie alternative de la gravitation, aux lois de Newton de la gravitation. De grandes avancées théoriques pourraient donc provenir de tests expérimentaux en laboratoires.

Ainsi, certaines théories, comme celles proposées dans le cadre des supercordes en 1998 par Dimopoulos, Dvali et Arkani-Hamed, prévoient que la loi de Newton n'est plus en 1/r2 à petite distance. En particulier, et toujours dans le cadre des supercordes, le principe d'équivalence, une pierre angulaire de la relativité générale, pourrait se trouver violé !

Le groupe d'expérimentateurs dirigé par Kasevich est justement en train de monter une expérience d'interférométrie avec des atomes de rubidium en chute libre se déplaçant sur une dizaine de mètres. L'expérience est en cours de réalisation dans le Varian Physics Building de l'université de Stanford . Ils pensent améliorer d'un facteur 300 les expériences réalisées jusqu'ici pour tester le principe d'équivalence.

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