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Et si un faisceau laser projeté entre deux miroirs pouvait interagir avec une onde gravitationnelle ? Une idée folle, mais prise au sérieux par un physicien théoricien allemand. À la clé : peut-être une piste vers le graviton, ce fantôme de la physique quantique.
Un dispositif laser géant pour observer un échange d’énergie entre lumière et gravité
Ralf Schützhold, chercheur à l’institut Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, a imaginé une expérience qui donnerait littéralement la parole aux ondes gravitationnelles. Son idée : transférer de l’énergie d’une onde lumineuse à une onde gravitationnelle. En clair, faire en sorte que de minuscules paquets d’énergie – potentiellement des gravitons – passent d’une onde à l’autre.
Mais alors, comment procéder ? Grâce à des impulsions laser ultra-précises, réfléchies des millions de fois dans un interféromètre long de plusieurs kilomètres. Ainsi, cette trajectoire lumineuse gigantesque permettrait de détecter les minuscules variations de fréquence causées par l’interaction avec les ondes gravitationnelles.
On parle ici de variations de fréquence inférieures à un milliardième de milliardième. Pourtant, avec la technologie adaptée, cela pourrait suffire. De plus, un tel dispositif ne servirait pas seulement à détecter des effets de gravité : il ouvrirait aussi la voie à des interactions maîtrisées entre champs lumineux et champs gravitationnels. Ce serait une première, et un pas de géant vers une physique plus unifiée.
Un effet de fréquence infime mais détectable grâce à l’interférométrie
Dans ce scénario futuriste, l’onde lumineuse perdrait une part minime de son énergie en croisant une onde gravitationnelle. Et inversement. Ainsi, ce transfert se manifesterait par une modification très légère de la fréquence de la lumière. C’est précisément là qu’intervient l’interféromètre.
En comparant les ondes à la sortie du dispositif, il serait alors possible de détecter des effets d’interférence subtils qui signeraient ce fameux échange. Par conséquent, si ces signaux apparaissent, ce serait une première preuve expérimentale indirecte de l’existence des gravitons. Et si aucun effet ne se manifestait ? Ce serait tout aussi passionnant, car cela remettrait en question certaines hypothèses actuelles.
Des conditions techniques extrêmes qui rappellent les débuts de LIGO
Soyons clairs : ce n’est pas une manip’ de laboratoire classique. En effet, il faudrait deux miroirs géants espacés d’un kilomètre, un système optique capable de réfléchir une impulsion laser jusqu’à un million de fois, et une précision de mesure au niveau attométrique (soit un millionième de milliardième de mètre). Un vrai défi technologique.
Cependant, l’idée est loin d’être absurde. L’observatoire LIGO, qui a détecté les premières ondes gravitationnelles en 2015, repose sur des principes similaires. De plus, les avancées récentes en optique quantique, notamment avec les photons intriqués, pourraient offrir une sensibilité bien supérieure à celle d’il y a vingt ans.
Une étape potentielle vers une physique quantique de la gravité
Au-delà de la prouesse technologique, ce type d’expérience ouvrirait une nouvelle porte vers la compréhension de la gravité à l’échelle quantique. Aujourd’hui, la relativité générale d’Einstein et la mécanique quantique coexistent sans vraiment se rencontrer. Pourtant, le graviton est justement le chaînon manquant entre ces deux grandes théories.
En provoquant une interaction entre lumière et gravité, on pourrait peut-être enfin sonder l’état quantique du champ gravitationnel lui-même. Dès lors, on ne serait plus dans la spéculation : on entrerait dans la physique expérimentale de demain, celle qui redéfinirait notre lecture de l’univers.
Par Gabrielle Andriamanjatoson, le
Étiquettes: ondes gravitationnelles, gravitons
Catégories: Actualités, Sciences physiques