Les chercheurs ont récemment réalisé des progrès significatifs dans la compréhension de la gravité quantique, un domaine crucial à l’intersection de la mécanique quantique et de la relativité générale. Cette étude met en lumière de futures expériences qui pourraient résoudre l’un des plus grands mystères de la physique moderne : concilier la théorie de la gravité d’Einstein avec les principes de la mécanique quantique.
Unifier les deux piliers de la physique, la relativité générale et la mécanique quantique, constitue depuis longtemps un défi pour les scientifiques. Divers cadres théoriques, tels que la théorie des cordes et la gravité quantique à boucles, ont été proposés. Cependant, sans vérification expérimentale, ces théories restent spéculatives.
Tester la nature quantique de la gravité
Des moyens concrets de sonder le comportement quantique du champ gravitationnel ont été proposés au cours de la dernière décennie par Marletto et Vedral, ainsi que par Bose et al., sur la base du concept de « enchevêtrement médié par la gravité « .
Dans une étude récente publiée dans Nexus photonique avancé, une équipe internationale de chercheurs a atteint un objectif important en préparant de futures expériences visant à unifier la mécanique quantique et la relativité générale. Leurs travaux utilisent des outils et des techniques de pointe issus de la théorie de l’information quantique et de l’optique quantique pour démontrer les principes de l’intrication médiée par la gravité à l’aide de particules de lumière, c’est-à-dire de photons.
Le rôle des photons
L’expérience implique l’interaction entre photons pour imiter l’effet du champ gravitationnel sur les particules quantiques. Remarquablement, certaines propriétés des photons, bien qu’elles n’interagissent jamais directement, s’entremêlent, illustrant un phénomène quantique essentiel : la non-localité. Cet intrication est médié par une autre propriété photonique indépendante et reflète le comportement hypothétique de l’intrication médiée par la gravité, fournissant des informations cruciales sur la nature quantique de la gravité.
Détecter l’intrication générée dans ces expériences représente un défi de taille. En clarifiant les contraintes et les sources de bruit inhérentes à ces expériences, les chercheurs ouvrent la voie à des concepts et à des outils plus clairs pour de futures expériences visant à observer directement l’intrication médiée par la gravité.
Vers une nouvelle ère de compréhension
Des tests expérimentaux d’intrication médiée par la gravité pourraient ouvrir la voie à une nouvelle ère dans notre compréhension de la nature fondamentale de l’univers. Selon Emanuele Polino, auteur de l’étude et chercheur postdoctoral au Quantum Lab de l’Université Sapienza au moment de la recherche, soutenue par le consortium QISS, « Les implications de cette recherche sont profondes. Il fournit une validation expérimentale des principes qui sous-tendent les futures expériences de gravité quantique qui serviront de tests décisifs pour les cadres théoriques concurrents. »
Alors que les physiciens continuent de repousser les limites de la recherche expérimentale et théorique, la quête des secrets de la gravité quantique franchit une étape importante grâce à cette recherche innovante.
Légende de l’illustration : Représentation artistique de l’expérience photonique mise en œuvre dans laquelle l’intrication entre les polarisations de photons uniques est médiée par le degré de liberté indépendant de la trajectoire du photon. En particulier, l’intrication médiée représente un principe fondamental des futures expériences utilisant des particules massives et visant à sonder pour la première fois le caractère quantique de la gravité. Crédit : Federico Alfano
Article de E. Polino et al., « Implémentation photonique d’un simulateur de gravité quantique » Av. Photon. Lien 3(3) 036011 (2024) est ce que je 10.1117/1.APN.3.3.036011
