Une expérience quantique en chute libre conforte le principe fondamental de la gravitation d’Einstein

Des scientifiques ont observé un effet de la gravité prédit de longue date sur un objet quantique en chute libre, constatant que son comportement était conforme au principe d’équivalence d’Einstein dans le régime étudié. Publiée dans Science Advances, l’étude établit un lien expérimental entre la mécanique quantique, qui décrit les atomes et d’autres systèmes minuscules, et la relativité générale, qui explique la gravitation et la chute des objets.

L’équipe a travaillé avec des nuages d’atomes de rubidium refroidis à une température juste supérieure au zéro absolu et contrôlés à proximité d’une puce atomique spécialement conçue. Dans un dispositif appelé Galileo Quantum Interferometer, l’onde de chaque atome était effectivement divisée entre deux trajectoires. L’une restait fixe par rapport au laboratoire, tandis que l’autre était propulsée vers le haut, placée dans un état très peu sensible au champ magnétique, puis laissée en chute libre sous l’effet de la gravité.

Lorsque les trajectoires ont été réunies, les ondes ont produit des interférences. Les chercheurs ont ainsi pu mesurer une infime différence de phase quantique accumulée pendant qu’une partie tombait et que l’autre restait immobile. Le décalage mesuré correspondait à la prédiction obtenue en appliquant le principe d’équivalence à une telle onde quantique.

Ce principe stipule que la gravité doit localement disparaître pour un observateur en chute libre. Il a été testé avec précision sur des corps plus grands, mais la relation entre la gravitation et la physique quantique reste une question non résolue. L’expérience n’unifie pas les deux théories et ne montre pas que la gravité elle-même est quantique. Elle démontre que, dans ce cadre soigneusement étudié, un principe fondamental de la gravitation d’Einstein reste compatible avec la matière quantique.