Les scientifiques trouvent une nouvelle façon de mesurer la gravité

Les chercheurs mettent au point une nouvelle méthode de mesure de la gravité qui permet d’obtenir beaucoup plus d’information.

Credit: Sarah Davis / Victoria Xu

• Les scientifiques utilisent des lasers qui suspendent des atomes dans l’air pour mesurer la gravité.
• Cette méthode peut être plus précise et permettre de recueillir beaucoup plus d’informations.
• Les appareils portables utilisant cette technique peuvent aider à trouver des gisements minéraux et à améliorer la cartographie.

Vous laissez tomber quelque chose et ça tombe. C’est comme ça que vous connaissez la gravité, non ? Des scientifiques de l’Université de Californie à Berkeley ont amélioré ce test séculaire pour trouver un nouveau moyen potentiellement plus utile de mesurer la gravité en utilisant des lasers qui suspendent des atomes dans l’air.

L’approche habituelle pour mesurer la gravité consiste à faire tomber quelque chose, de préférence dans un long tube ou une tour blindée, puis à le mesurer à mesure qu’il tombe avec un instrument. Bien que cette méthode ancestrale soit liée à notre expérience quotidienne de la gravité, elle a ses limites. D’une part, l’occasion de comprendre les effets gravitationnels est très brève au cours d’un tel essai. D’autres forces, comme les champs magnétiques, sont également en jeu, ce qui peut affecter les résultats.

La nouvelle technique développée par une équipe de chercheurs, dirigée par la physicienne Victoria Xu, ne repose pas sur la chute. Au lieu de cela, elle identifie les différences entre les atomes dans un état de superposition.

La superposition est le principe physique nous disant qu’un système peut se trouver dans plusieurs états jusqu’à ce qu’il soit mesuré.

Ce que les chercheurs ont découvert est un processus qui commence par la libération d’un nuage d’atomes de césium dans une petite chambre. Ensuite, ils ont utilisé des lumières clignotantes pour diviser certains d’entre eux en états de superposition. Une fois les atomes séparés de cette façon, des lasers ont été utilisés pour les maintenir dans des positions fixes.

Un atome dans chaque paire était suspendu quelques micromètres plus haut que l’autre. Cela a permis aux scientifiques de mesurer la dualité des particules de l’onde de chaque atome qui était affectée par la gravité.

“Les atomes dans une superposition quantique spatialement séparée sont suspendus contre la gravité de la Terre, en utilisant l’onde stationnaire formée par une cavité optique.”
Crédit : Sarah Davis

La dualité des particules d’onde est l’idée de la mécanique quantique selon laquelle chaque particule peut agir comme une particule ou une onde.

Mesurer les différences de dualité entre les atomes d’une paire, chacun étant à une distance variable de la Terre, a permis aux chercheurs de quantifier les effets de la gravité sur les atomes.

L’avantage de cette technique est qu’elle peut potentiellement aider à recueillir beaucoup de nouvelles informations, avec des implications pour un large éventail de domaines, même la recherche de matière noire. Le fait que les atomes ne glissent pas dans l’air aide à recueillir des mesures beaucoup plus précises de la gravité ainsi que de l’attraction gravitationnelle entre les objets et plus encore.

Il est également plus facile de protéger ces appareils de mesure beaucoup plus petits des champs magnétiques parasites.

Autre avantage : ce type d’approche facilite la création d’appareils portables de mesure de la gravité. De cette façon, ils peuvent être emmenés à différents endroits sur Terre à la recherche de gisements minéraux et d’une meilleure cartographie.

“La lumière laser (violette) brille dans notre chambre à ultra-vide pour refroidir les atomes laser à moins d’un demi millionième de degré au-dessus du zéro absolu. Une paire de miroirs montés à l’intérieur de la chambre à vide rehausse les éclairs de lumière qui frappent, suspendent et interfèrent les atomes.”
Crédit : Victoria Xu

Le coauteur de l’étude, Holger Müller, en a présenté certains des avantages :

“Disons que vous ne voulez pas mesurer la gravité de la Terre entière, mais vous voulez mesurer la gravité d’une petite chose, comme une bille”, a-t-il dit à Science News. “Il suffit de placer la bille près de nos atomes [et de la tenir là]. Dans une installation traditionnelle en chute libre, les atomes passeraient très peu de temps près de notre bille – quelques millisecondes – et nous aurions beaucoup moins de signal.”

Les premiers commentaires sur l’étude ont été positifs, le physicien Alan Jamison du MIT la qualifiant de “très impressionnante”.

Découvrez la nouvelle étude “Sonder la gravité en maintenant les atomes pendant 20 secondes” dans la revue Science.

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Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche