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Vitesse des photons : Einstein avait encore raison
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Après une course de 7,3 milliards d'années, les photons de différente énergie d'un sursaut gamma viennent de franchir la ligne d'arrivée - celle du détecteur du télescope spatial à rayons gamma Fermi - avec moins de 0,9 seconde d'écart. Selon Peter Michelson, responsable du télescope Fermi, et de ses collègues, cette arrivée groupée va à l'encontre des théories de la gravitation quantique qui prédisent que la vitesse de la lumière dépend de l'énergie des photons.
L'un des piliers de la théorie de la relativité générale d'Einstein est l'invariance de la vitesse de la lumière dans le vide pour tous les observateurs et quelle que soit l'énergie des photons. Mais dans certaines théories de la gravitation quantique proposées pour englober et unifier la relativité générale et la physique quantique, cette invariance (dite de Lorentz) est remise en cause : les photons voyageraient d'autant moins vite que leur énergie est grande.
À très petite échelle, en effet, l'espace-temps ne serait plus « lisse » comme c'est le cas dans la relativité générale, mais accidenté. En conséquence, la propagation d'un photon énergétique, de petite longueur d'onde, serait plus entravée par la granulosité de l'espace-temps que celle d'un photon peu énergétique, de grande longueur d'onde, tout comme un camion est moins sensible aux chaos de la route qu'un vélo à petite roues. Comment mettre en évidence le minuscule retard attendu ? En observant des photons venant de l'autre bout de l'Univers : un infime retard cumulé sur des milliards d'années de trajet devrait être détectable.
Pour tester cette hypothèse, P. Michelson et ses collègues ont donc examiné les sursauts gamma, de colossales bouffées de rayons gamma produites par la naissance d'un trou noir ou la collision d'étoiles à neutrons, et qui sont les sources lumineuses les plus lointaines et les plus énergétiques dans l'Univers.
Les chercheurs ont identifié dans le sursaut gamma bref GRB 090510, détecté le 10 mai dernier par le télescope Fermi, d'une durée de 2,1 secondes, un photon d'une énergie de 31 gigaélectronvolts arrivé quelques dixièmes de seconde seulement après la majeure partie des photons, qui sont jusqu'à un million de fois moins énergétiques, et moins d'une seconde après le début supposé du sursaut.
Les calculs montrent que si cette différence de temps de trajet est due à une vitesse de propagation différente, alors l'influence de la structure à petite échelle de l'espace-temps sur la vitesse de la lumière est très limitée, en tout cas plus que ne le prévoient la plupart des théories de la gravitation quantique.
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