La gravité quantique étudiée au Pôle Sud

Publié par Adrien le 09/04/2024 à 13:00
Source: Nature Physics
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Dans l'immensité glacée près du Pôle Sud, des milliers de capteurs scrutent l'espace à la recherche de réponses sur l'existence de la gravité quantique.

Ces capteurs font partie de l'Observatoire Neutrino IceCube, situé à côté de la station Amundsen-Scott, en Antarctique. Ils surveillent les neutrinos, des particules presque sans masse et sans charge électrique, provenant de l'espace. Une équipe de l'Institut Niels Bohr (NBI) de l'Université de Copenhague a développé une méthode utilisant les données de ces neutrinos pour explorer la présence de la gravité quantique.


Les physiciens tentent d'unifier deux domaines distincts: la physique classique, qui explique la gravité et notre environnement quotidien, et la physique quantique, qui décrit le monde atomique. Tom Stuttard, professeur assistant à l'NBI et co-auteur d'un article dans la revue Nature Physics, évoque cette quête d'unification comme l'un des défis majeurs de la physique fondamentale.

Leur étude a examiné plus de 300 000 neutrinos, principalement issus de l'atmosphère terrestre, résultant de collisions entre des particules de haute énergie de l'espace et des molécules comme l'azote de notre atmosphère. Ces neutrinos sont plus faciles à étudier que ceux venant de l'espace lointain car ils sont plus nombreux, ce qui a permis de valider leur méthodologie. Maintenant, l'équipe est prête à passer à la phase suivante: étudier les neutrinos de l'espace profond.

L'Observatoire Neutrino IceCube est unique car il permet d'observer l'espace depuis l'hémisphère opposé de la Terre, les neutrinos pouvant traverser notre planète sans perturbation. Plus de 300 scientifiques de divers pays participent à ce projet.

Les neutrinos, capables de voyager sur des milliards d'années-lumière à travers l'Univers sans être altérés, pourraient dévoiler des indices sur la gravité quantique s'ils subissent des changements subtils lors de leur voyage. Les neutrinos existent sous trois formes ou "saveurs": neutrino électronique, muonique ou tauique. Leur capacité à changer de saveur en voyageant, un phénomène connu sous le nom d'oscillation de neutrinos, est un comportement quantique qui pourrait être perturbé par la gravité quantique.

L'étude publiée dans Nature Physics n'a pas trouvé de changements liés à la gravité quantique dans les neutrinos atmosphériques, mais cela ne signifie pas qu'ils n'existent pas. Les distances parcourues par ces neutrinos sont relativement courtes comparées aux distances interstellaires, et une plus longue portée pourrait être nécessaire pour observer un impact de la gravité quantique.

Les chercheurs restent optimistes. Grâce à leur méthodologie et à l'anticipation de futures mesures avec des neutrinos astrophysiques ainsi que le développement de détecteurs plus précis, ils espèrent répondre définitivement à la question de l'existence de la gravité quantique.
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