Et si les ondes gravitationnelles nous donnaient la preuve de l’existence de dimensions supplémentaires ?

dimensions supplémentaires

Si des dimensions supplémentaires existent bel et bien dans notre Univers, alors les ondes gravitationnelles pourraient nous en donner la preuve. C’est en tout cas l’hypothèse avancée par deux chercheurs de l’Institut Max Plank, en Allemagne.

Les physiciens se demandent depuis longtemps pourquoi la gravité est si faible par rapport aux autres forces fondamentales. Certains physiciens pensent qu’une partie de cette gravité « fuite » dans des dimensions supplémentaires au-delà des trois dimensions spatiales que nous expérimentons tous les jours. Certaines théories visant à combiner la gravité et les effets quantiques, y compris la théorie des cordes, nécessitent en effet des dimensions supplémentaires. Trouver des preuves de telles dimensions exotiques pourrait notamment aider à caractériser la gravité ou trouver un moyen d’unir la gravité et la mécanique quantique. L’expansion de l’Univers serait également expliquée.

Ces théories sont séduisantes sur le papier, mais la détection de dimensions supplémentaires est un véritable défi et les chercheurs n’ont à ce jour aucune preuve de l’existence d’une physique au-delà de nos quatre dimensions (trois d’espace et une de temps). Il y a deux ans pourtant, LIGO détectait pour la toute première fois des ondes gravitationnelles, ces infimes ondulations dans l’espace-temps causées par le mouvement d’objets massifs. Comme la gravité est susceptible d’occuper toutes les dimensions qui existent, ses ondes pourraient être un moyen particulièrement prometteur de détecter toutes les dimensions au-delà de celles que nous connaissons, si elles existent.

« S’il y a des dimensions supplémentaires dans l’univers, les ondes gravitationnelles pourraient nous le dire, celles-ci pouvant parcourir toutes les dimensions présentes dans l’Univers, même celles trop petites pour être détectées », explique Gustavo Lucena Gómez, de l’Institut Max Planck pour la physique gravitationnelle à Potsdam, en Allemagne. Lucena Gómez et son collègue David Andriot ont récemment proposé un modèle mathématique expliquant comment les dimensions supplémentaires potentielles pourraient affecter les ondes gravitationnelles que nous pouvons détecter. Ils ont trouvé deux effets particuliers : des ondes supplémentaires à haute fréquence et une modification de l’étirement des ondes gravitationnelles.

À mesure que les ondes gravitationnelles se propagent à travers une dimension supplémentaire, celles-ci devraient selon les chercheurs générer une sorte de « tour » d’ondes gravitationnelles supplémentaires avec des fréquences élevées. Mais les instruments actuels ne permettent pas la détection de telles fréquences. LIGO aurait par exemple besoin d’être des milliers de fois plus sensibles. Ainsi la plupart des observatoires se concentrent sur les fréquences plus basses. Le deuxième facteur nécessiterait en revanche que les physiciens examinent les anomalies de la façon dont les ondes gravitationnelles « normales » (c’est-à-dire celles que nous pouvons détecter) étirent ou réduisent l’espace-temps.

À mesure que les ondes gravitationnelles ondulent dans l’univers, elles étirent et écrasent l’espace d’une manière très spécifique. C’est comme tirer sur une bande de caoutchouc : elle s’allonge dans une direction et se raccourcit dans l’autre puis revient à sa forme originale lorsque vous la relâchez. Les chercheurs appellent ça le « mode de respiration ». Et avec plus de moyens, les chercheurs pourraient être en mesure de pouvoir détecter cette « respiration » de l’espace-temps. « Pour observer ces changements, nous aurons besoin de trois détecteurs comme LIGO, travaillant tous pour observer la même chose en même temps. Cette combinaison d’instruments ultra-sensibles pourrait être disponible dans un avenir proche », prédisent les scientifiques.

Cette théorie séduisante pourrait également expliquer la « faiblesse » relative de la gravité en tant que force fondamentale dans l’Univers. Il se pourrait en effet que la gravité « fuite » dans les six dimensions supplémentaires que nous ne pouvons pas voir. Ainsi nous n’aurions conscience que d’une fraction de son influence sur l’Univers, dans les quatre dimensions dans lesquelles nous pouvons effectivement la mesurer. Notez que cette hypothèse n’en est qu’à ses tout premiers stades et doit encore être évaluée par des pairs. Il faudra également faire des compromis. Si une « tour » d’ondes gravitationnelles à haute fréquence indiquerait de manière définitive l’existence des dimensions supplémentaires, un « mode de respiration » pourrait s’expliquer par un certain nombre d’autres théories de gravité non standard. Ce ne serait donc pas une signature unique, même si cette signature serait très excitante.

Source : SciencePost

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