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Réconcilier mécanique quantique et gravité, et si c’était possible ?4 minutes de lecture

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Deux équipes de chercheurs travaillant indépendamment l’une de l’autre ont mis au point une expérimentation pour prouver qu’il est possible de réconcilier gravité et mécanique quantique.

Une gravité encore incomprise

La première équipe, menée par Chiara Marletto de l’Université d’Oxford et Vlatko Vedral de l’Université de Singapour ainsi que l’autre équipe issue d’une collaboration internationale ont publié dans le journal Physical Review Letters.

La gravité reste un principe bien plus complexe que ce qu’on nous a enseigné à l’école, encore plus complexe que les interactions faibles, fortes et l’électromagnétisme.

La science n’est toujours pas en mesure d’expliquer la nature de la gravité, bien que son fonctionnement soit assez bien compris. La meilleure théorie actuelle sur la gravité remonte à la théorie de la relativité générale d’Einstein, mais il n’y a aucun moyen de la réconcilier avec la mécanique quantique.

Certains physiciens suggèrent que ce pourrait être une particule appelée graviton. Mais prouver qu’une telle particule existe n’est pas une mince affaire car elle serait tellement faible qu’il serait presque impossible d’en mesurer la force.

L’expérience qui pourrait tout changer…

(Spoiler Alert) …Mais pas maintenant

L’expérience consiste essentiellement à tenter d’intriquer deux particules en utilisant leur attraction gravitationnelle comme moyen de confirmer la gravité quantique.

En pratique, il s’agirait de faire léviter deux minuscules diamants à une petite distance l’un de l’autre et de les superposer dans un spin opposé. Après cela, un champ magnétique serait appliqué pour les séparer.

A ce stade, un test serait effectué pour voir si les composants sont attirés l’un par l’autre. S’ils le sont, affirment les chercheurs, cela prouvera que la gravité est quantique. S’ils ne le sont pas, alors elle ne l’est pas.

L’expérience devra être répétée plusieurs fois pour obtenir une vérification expérimentale presque irréfutable.

Bien qu’à première vue il semble que cette expérience puisse être réalisée très bientôt, il n’en est rien. Les chercheurs suggèrent qu’il faudra probablement attendre une décennie avant qu’une telle expérience puisse être menée en raison de la nécessité d’améliorer l’échelle et la sensibilité du matériel requis.

En attendant le prochain article rapportant les résultats de l’expérience, vous pouvez retrouver les deux études ci-dessous.

Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity

Physical Review Letter 119, 240402 – Published 13 December 2017

All existing quantum-gravity proposals are extremely hard to test in practice. Quantum effects in the gravitational field are exceptionally small, unlike those in the electromagnetic field. The fundamental reason is that the gravitational coupling constant is about 43 orders of magnitude smaller than the fine structure constant, which governs light-matter interactions. For example, detecting gravitons—the hypothetical quanta of the gravitational field predicted by certain quantum-gravity proposals—is deemed to be practically impossible. Here we adopt a radically different, quantum-information-theoretic approach to testing quantum gravity. We propose witnessing quantumlike features in the gravitational field, by probing it with two masses each in a superposition of two locations. First, we prove that any system (e.g., a field) mediating entanglement between two quantum systems must be quantum. This argument is general and does not rely on any specific dynamics. Then, we propose an experiment to detect the entanglement generated between two masses via gravitational interaction. By our argument, the degree of entanglement between the masses is a witness of the field quantization. This experiment does not require any quantum control over gravity. It is also closer to realization than detecting gravitons or detecting quantum gravitational vacuum fluctuations.

Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity

Phys. Rev. Lett. 119, 240401 – Published 13 December 2017

Understanding gravity in the framework of quantum mechanics is one of the great challenges in modern physics. However, the lack of empirical evidence has lead to a debate on whether gravity is a quantum entity. Despite varied proposed probes for quantum gravity, it is fair to say that there are no feasible ideas yet to test its quantum coherent behavior directly in a laboratory experiment. Here, we introduce an idea for such a test based on the principle that two objects cannot be entangled without a quantum mediator. We show that despite the weakness of gravity, the phase evolution induced by the gravitational interaction of two micron size test masses in adjacent matter-wave interferometers can detectably entangle them even when they are placed far apart enough to keep Casimir-Polder forces at bay. We provide a prescription for witnessing this entanglement, which certifies gravity as a quantum coherent mediator, through simple spin correlation measurements.

Sougato Bose, Anupam Mazumdar, Gavin W. Morley, Hendrik Ulbricht, Marko Toroš, Mauro Paternostro, Andrew A. Geraci, Peter F. Barker, M. S. Kim, and Gerard Milburn Tweet

Source : Physical Review Letters

A propos de l'auteur

Clément POIRET

Créateur et rédacteur du site Science Exploits, je suis aussi passionné de science et de sport. Je pratique très régulièrement de la gymnastique et du street workout/calisthenics. Je suis ici pour combiner ma passion pour les sciences et mon envie de partager ce que je trouve de plus intéressant parmi les nombreuses études scientifiques.

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