des chercheurs tentent de prouver son existence en traquant des particules élémentaires au pôle Sud

Aujourd’hui, la physique est divisée en deux domaines d’études. « La physique classique décrit des phénomènes présents dans notre environnement normal, comme la gravité, alors que le monde atomique ne peut être décrit qu’à l’aide de la mécanique quantique. »explique Tom Stuttard, professeur adjoint à l’Institut Niels Bohr (NBI) de l’Université de Copenhague.

Mais ces deux mondes pourraient bientôt être réunis et n’en faire plus qu’un : dans une étude publiée dans Nature Physics, Tom Stuttard dévoile un vaste projet pour traquer les signes de la gravité quantique. Si cette notion existait, elle permettrait “l’unification de la théorie quantique et de la gravitation”, estime le professeur et co-auteur de l’étude. Selon lui, c’est « l’un des défis les plus importants de la physique fondamentale ».

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L’observation des neutrinos, particules neutres et quasiment sans masse

Dans leur quête de la gravité quantique, l’équipe du NBI a rencontré un problème majeur. À ce jour, il n’existe aucun cadre théorique pour justifier l’existence de la gravité quantique. Mais l’étude menée par les chercheurs permet d’établir une méthodologie pour y parvenir.

«Pendant des années, de nombreux physiciens ont douté que les expériences puissent un jour espérer tester la gravité quantique. Notre analyse montre que c’est effectivement possible »se félicite Tom Stuttard.

Une expérience à grande échelle a été mise en place en Antarctique. L’Institut Niels Bohr a collaboré avec des chercheurs américains de l’Université du Wisconsin-Madison pour exploiter l’observatoire de neutrinos IceCube, situé au pôle Sud, qui compte plus de 5 000 capteurs placés entre 1 500 et 2 500 mètres d’altitude. profondeur dans la calotte glaciaire.

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Grâce à cette installation, les physiciens ont pu observer plus de 300 000 neutrinos. Ces particules élémentaires sont neutres en électricité et sont quasiment sans masse. Ainsi, ils ne sont pas soumis aux forces électromagnétiques et nucléaires. Cela leur permet de parcourir des milliards d’années-lumière dans leur état d’origine.

Aucun changement pour l’instant prouvant l’existence de la gravité quantique

Pour prouver l’existence de la gravité quantique, des physiciens de l’Université de Copenhague ont examiné les propriétés des neutrinos afin de détecter des changements. « Si le neutrino subit les changements subtils que nous soupçonnons, cela constituerait une preuve solide de la gravité quantique. »explique Tom Stuttard, professeur adjoint au NBI.

Les neutrinos peuvent adopter trois configurations fondamentales, appelées « saveurs » électronique, muonique et tauique. La tendance observée change à mesure que le neutrino se déplace, dans un phénomène connu sous le nom d’oscillation du neutrino, explique l’Université de Copenhague. La cohérence quantique nécessiterait que le comportement quantique soit maintenu sur des milliers de kilomètres, voire plus.

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Jusqu’à présent, l’équipe du NBI n’a observé aucun changement dans la configuration des neutrinos qui pourrait être attribué à la gravité quantique. Tom Stuttard rappelle que l’objectif principal de l’étude était d’établir la méthodologie qui pourrait conduire à prouver l’existence de la gravité quantique.