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Une expérience de physique mesure simultanément les effets de la gravitation et de la mécanique quantique

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une équipe germano-russe a publié le 17 janvier la première mesure simultanée de gravitation et d'effets quantiques sur des particules. Cette mesure a été réalisée à l'aide du réacteur franco-allemand Laue-Langevin de Grenoble, sur des neutrons refroidis, c'est-à-dire extrêmement ralentis. La gravitation est l'une des quatre forces ou "interactions" fondamentales de l'univers (les trois autres étant l'interaction electro-magnétique, l'interaction nucléaire forte et nucléaire faible). La gravitation s'exerce essentiellement sur les grandes masses, à l'échelle cosmique. Son cadre théorique est la relativité générale. A l'autre extrémité de l'échelle la mécanique quantique exerce ses effets dans le monde des particules. Le grand défi de la physique actuelle est d'articuler ces deux théories dans un cadre commun cohérent. Dans cette perspective il est capital de réaliser des expériences qui mettent simultanément en jeu la gravitation et la mécanique quantique. Dans cette expérience, l'utilisation des neutrons présentaient un triple avantage: neutres, ils sont insensibles aux charges électromagnétiques; leur durée de vie est suffisante et leur masse n'est pas trop élevée. Un faisceau de neutrons fabriqué par le réacteur Laue-Langevin a donc été dirigé vers un minuscule dispositif. Une «trappe» où les neutrons, attirés vers le sol par la gravitation, vont rebondir sur un «miroir» situé en bas, et s'absorber sur une plaque située au-dessus, à hauteur variable. Toute la difficulté de l'expérience consistait à ralentir suffisamment les neutrons pour qu'ils aient le temps de tomber sous l'effet de la gravitation. D'où l'utilisation de neutrons «ultrafroids» dont la vélocité horizontale se compte en mètres par seconde, mille fois moins qu'à température ordinaire. L'expérience à permis aux physiciens de constater que les neutrons ne se répartissaient pas uniformément sur la verticale entre le miroir et l'absorbeur, mais occupent des points privilégiés, déterminés par l'état quantique des neutrons, ce qui est pleinement conforme avec les principes de la mécanique quantique. Cette première expérimentale ouvre une nouvelle voie à la physique fondamentale. Elle devrait notamment permettre de démontrer définitivement le principe d'équivalence entre masse inertielle et masse gravitationnelle qui stipule que toute particule tombe à la même vitesse dans un champ gravitationnel, quelles que soient sa masse et sa composition. Mais, pour y parvenir, les physiciens devront encore gagner un facteur mille en précision.

Nature du 17 janvier 2002. :

http://www.nature.com/nsu/020114/020114-8.html

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• Publié dans : Nanomatériaux
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