— Bravo Ferreira da Luz / Shutterstock.com

L’écoulement du temps n’est pas aussi régulier qu’on pourrait le croire : il est ralenti par la gravité. Des chercheurs américains ont récemment mesuré cette distorsion sur un millimètre seulement, soit la plus petite distance à ce jour.

Des mesures record

L’idée que le temps soit affecté par la gravité a été proposée pour la première fois par Albert Einstein en 1915, dans le cadre de sa théorie de la relativité générale. L’espace et le temps étant inextricablement liés, l’influence gravitationnelle des objets massifs déforme leur maillage, ce qui se traduit par un ralentissement de son écoulement à proximité d’une planète, d’une étoile ou d’un trou noir, qui constitue l’exemple le plus extrême en la matière.

Sur Terre, la dilatation du temps implique qu’il passe plus vite en altitude. Celui-ci s’écoule ainsi plus rapidement au sommet de l’Everest qu’au niveau de la mer, et ce phénomène s’applique également sur de plus petites distances : une personne vivant dans un appartement au 10e étage vieillira plus vite qu’une personne au rez-de-chaussée.

Bien que les différences intervenant sur de telles distances s’avèrent quasi imperceptibles, elles peuvent être mesurées à l’aide d’horloges atomiques, donnant l’heure avec une grande précision grâce aux battements extrêmement fiables des particules qui les composent.

Le dispositif optique utilisé par les chercheurs — © Jacobson / NIST

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature, des chercheurs du Joint Institute for Laboratory Astrophysics ont mesuré la dilatation temporelle sur un millimètre seulement, ce qui constitue un record. Leur horloge atomique était composée d’un nuage ultra-froid d’environ 100 000 atomes de strontium, dont le tic-tac provenait du passage des particules d’un niveau d’énergie à un autre. Le contrôle méticuleux de ces états a également permis de faire vibrer tous les atomes du nuage à l’unisson pendant une durée inédite (37 secondes).

Un décalage infime

Les chercheurs ont utilisé un réseau optique afin de former et d’empiler de fines couches d’atomes de strontium, dont le tic-tac a été mesuré grâce à des techniques d’imagerie extrêmement précises, ayant permis la mise en évidence d’un infime décalage des fréquences (0,0000000000000000001) entre la base et le sommet de la pile.

Selon l’équipe, ces travaux pourraient non seulement contribuer à rendre les horloges atomiques des dizaines de fois plus précises qu’elles ne le sont aujourd’hui, mais aussi à offrir de nouveaux outils pour sonder les mystères de la physique.

Actuellement, la force de gravité ne peut être expliquée d’un point de vue quantique, mais le fait de pouvoir mesurer ses effets à des échelles de plus en plus petites pourrait permettre de percer ses secrets et potentiellement révéler le chaînon manquant entre la physique quantique et la physique classique.

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Queuche
Queuche
9 mois

Si je comprends bien, les bonds d’électrons d’un niveau énergétique à l’autre de l’atome de strontium ont été mesuré plus lents à proximité du centre de la Terre que un millimètre plus haut ? Mais comment a-t-on pu mesurer cet écart ?