Découverte d’étranges particules se comportant comme les mystérieux et insaisissables gravitons

Des chercheurs ont observé des particules partageant d’intrigantes similitudes avec les hypothétiques « gravitons », censés « convoyer » la gravité. Selon eux, leur étude pourrait contribuer à unifier la théorie générale de la relativité et la mécanique quantique.

« Simili-gravitons »

Basée sur les travaux fondateurs du physicien Aron Pinczuk, publiés en 1993, la découverte a impliqué un morceau d’arséniure de gallium. Lorsque Loren Pfeiffer et ses collègues ont placé ce matériau semi-conducteur dans un réfrigérateur à dilution et l’ont exposé à un puissant champ magnétique, d’étranges effets quantiques ont commencé à apparaître.

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Les électrons ont commencé à interagir fortement entre eux, formant un type spécifique de matière condensée semblable à un liquide. En examinant les variations lumineuses d’un faisceau laser pointé sur le semi-conducteur, les chercheurs ont constaté que ces particules subatomiques se déplaçaient simultanément, et que ces « excitations collectives » présentaient des caractéristiques typiques des insaisissables gravitons.

Selon les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue Nature, les excitations en question présentaient une sorte de spin quantique, jusqu’alors supposé être propre à ces « particules de gravité ».

Physicists have been hunting for the particles that carry gravity for decades – now they’ve seen something very similar inside a semiconductor https://t.co/GrTGrD3zRN

— New Scientist (@newscientist) March 30, 2024

« Bien qu’il ne s’agisse pas à proprement parler de gravitons, c’est ce qui s’en rapproche le plus », souligne Ziyu Liu, de l’université Columbia. « Nous savions que des excitations semblables à celles des gravitons pouvaient exister dans les semi-conducteurs, mais il a fallu des années pour créer un protocole suffisament précis pour les détecter. »

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D’importantes implications

Si le cadre expérimental ne constituait pas un véritable analogue de l’espace-temps (les électrons étant confinés dans un espace bidimensionnel et se déplaçant plus lentement que les objets régis par la théorie de la relativité), une telle découverte contribue à jeter un nouveau pont entre la physique des matériaux et les théories de la gravité.

« Les liens entre ces excitations et les gravitons théoriques soulèvent également de nouvelles questions intrigantes sur les états exotiques des électrons », estime Lingjie Du, co-auteur de l’étude.