La phase quantique de la gravité mesurée en laboratoire

Sur une puce atomique spécialement conçue à l’université Ben-Gourion du Néguev, des nuages d’atomes de rubidium ultrafroids ont été séparés en deux trajectoires quantiques. Une partie a été maintenue immobile par rapport au laboratoire et à la Terre ; l’autre a été placée en chute libre. Leur interférence a révélé la première mesure directe de la phase quantique prédite pour un objet en chute libre, selon les chercheurs de l’université Ben-Gourion, de l’université d’Ulm et de l’université d’Oxford.

Le test vise le principe d’équivalence d’Einstein. Pour un observateur en chute libre, indique ce principe, la gravité doit disparaître localement — un ascenseur ou un avion en chute libre peut laisser ses occupants en apesanteur. Les objets quantiques compliquent la situation, car ils peuvent se comporter comme des ondes et suivre plusieurs trajectoires. L’expérience cherchait à déterminer si cette même règle gravitationnelle s’applique encore lorsqu’une onde atomique occupe les deux trajectoires.

Des impulsions micro-ondes ont d’abord placé les atomes de rubidium ultrafroids en superposition quantique. De minuscules fils électriques sur la puce ont ensuite créé des champs magnétiques : une force dirigée vers le haut a maintenu une onde contre la gravité, tandis qu’une impulsion magnétique a poussé l’autre vers le haut avant la suppression du champ magnétique afin de simuler une chute libre. Une dernière impulsion a recombiné les deux parties, permettant à l’interféromètre de mesurer leur infime différence de phase quantique.

Cette différence de phase correspondait à la prédiction d’Einstein. Des expériences similaires avaient déjà utilisé des objets quantiques pour mesurer la gravité, mais les chercheurs affirment qu’il s’agit de la première mesure directe de la phase prédite pour un objet en chute libre. Les résultats ont été publiés dans Science Advances. Le physicien d’Oxford Vlatko Vedral a déclaré que ce résultat fait entrer la mécanique quantique dans l’étude de la gravité, sans montrer que les deux grands cadres théoriques ont été unifiés.

Concrètement, cette avancée fournit aux chercheurs une méthode de laboratoire éprouvée pour tester la gravité avec de la matière quantique et ouvre la voie à des expériences sur des objets plus massifs. Pour l’instant, la frontière a progressé de manière précise, mais limitée : le principe d’équivalence d’Einstein tient dans ce test quantique, tandis que la question de Penrose sur les superpositions durables d’objets massifs reste ouverte.