Les photons pourraient révéler la présence de la « gravité massive », selon une nouvelle théorie

 
C’est une conception radicalement nouvelle par rapport aux détecteurs d’ondes gravitationnelles les plus sensibles du monde.

Les ondes gravitationnelles, ou ondulations dans l’espace-temps, se déplacent en permanence à travers la Terre, transportant avec elles tous les secrets de l’univers. Mais jusqu’à il y a quelques années, nous ne pouvions pas du tout détecter ces ondes, et même maintenant, nous n’avons que la capacité la plus élémentaire de détecter l’étirement et le resserrement du cosmos.

Cependant, un nouveau chasseur d’ondes gravitationnelles, qui mesurerait la façon dont les particules de lumière et de gravité interagissent, pourrait changer cela. Ce faisant, il pourrait répondre à de grandes questions sur l’énergie noire et l’expansion de l’univers.

Les trois détecteurs actuels sur Terre, tous appelés Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) et Virgo, fonctionnent selon le même principe : Lorsqu’une onde gravitationnelle se déplace vers la Terre, elle étire et comprime légèrement l’espace-temps. En mesurant le temps nécessaire à la lumière d’un laser pour parcourir de longues distances, les détecteurs remarquent quand la taille de cet espace-temps change. Mais les changements sont infimes et nécessitent un équipement extraordinairement sensible et des méthodes statistiques pour les détecter.

Dans ce nouvel article, trois chercheurs proposent une méthode radicalement nouvelle : chasser les ondes gravitationnelles en recherchant les effets des interactions directes entre les gravitons – particules théoriques qui transportent la force gravitationnelle – et les photons, les particules qui composent la lumière. En étudiant ces photons après leur interaction avec les gravitons, on devrait pouvoir reconstruire les propriétés d’une onde gravitationnelle, selon Subhashish Banerjee, co-auteur du nouvel article et physicien à l’Indian Institute of Technology de Jodhpur, en Inde. Un tel détecteur serait beaucoup moins cher et plus facile à construire que les détecteurs existants, a déclaré M. Banerjee.

« La mesure des photons est quelque chose que les gens connaissent très bien », a déclaré M. Banerjee à Live Science. « C’est extrêmement bien étudié, et c’est certainement moins difficile qu’une installation de type LIGO ».

Personne ne sait exactement comment les gravitons et les photons interagissent, en grande partie parce que les gravitons sont encore entièrement théoriques. Personne n’en a jamais isolé un. Mais les chercheurs à l’origine de ce nouvel article ont fait une série de prédictions théoriques : Lorsqu’un flux de gravitons heurte un flux de photons, ces photons devraient se disperser. Et cette diffusion produirait un motif faible et prévisible – un motif que les physiciens pourraient amplifier et étudier en utilisant des techniques développées par les physiciens quantiques qui étudient la lumière.

Lier la physique du petit monde quantique à la physique à grande échelle de la gravité et de la relativité générale est un objectif des scientifiques depuis l’époque d’Albert Einstein. Mais même si la nouvelle approche proposée pour étudier les ondes gravitationnelles utilisait des méthodes quantiques, elle ne permettrait pas à elle seule de combler entièrement ce fossé entre le petit et le grand monde, a déclaré M. Banerjee.

« Ce serait cependant un pas dans cette direction », a-t-il ajouté.

« Sonder les interactions directes des gravitons pourrait cependant résoudre d’autres mystères profonds sur l’univers », a-t-il dit.

Dans leur article, les auteurs ont montré que la façon dont la lumière se disperse dépendrait des propriétés physiques spécifiques des gravitons. Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, les gravitons sont sans masse et se déplacent à la vitesse de la lumière. Mais selon un ensemble de théories, connues ensemble sous le nom de « gravité massive », les gravitons ont une masse et se déplacent plus lentement que la vitesse de la lumière. Ces idées, selon certains chercheurs, pourraient résoudre des problèmes tels que l’énergie noire et l’expansion de l’univers. La détection des ondes gravitationnelles par diffusion de photons, a déclaré M. Banerjee, pourrait avoir pour effet secondaire de dire aux physiciens si la gravité massive est adéquate.

Personne ne sait quelle serait la sensibilité d’un tel détecteur de photon-graviton, a déclaré M. Banerjee. Cela dépendrait beaucoup des propriétés de conception finale du détecteur, et à l’heure actuelle, aucun n’est en construction. Cependant, a-t-il dit, lui et ses deux co-auteurs espèrent que les expérimentateurs commenceront bientôt à en mettre un au point.

yogaesoteric

4 avril 2020