L'intrication quantique influence-t-elle la chute des corps  ?
Publié par Adrien le 25/01/2018 à 00:00
Source: Observatoire de Paris
Remi Geiger (Observatoire de Paris) et Michael Trupke (Université de Vienne) ont proposé une nouvelle manière de tester l'universalité de la chute des corps avec une paire d'atomes intriqués.

Le principe d'équivalence faible, également connu sous le nom d'universalité de la chute libre, est l'un des principes fondamentaux de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) et constitue l'une des pierres angulaires de la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important...) générale. Alors que ce principe est remis en question par certaines théories quantiques de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), la façon et le niveau auquel il devrait être violé restent insaisissables. Des progrès dans la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) sur le principe d'équivalence sont donc attendus à partir de tests expérimentaux plus précis, ou en employant des types de systèmes qualitativement nouveaux, tels que l'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe « anti- » signifie que...) ou des objets microscopiques.


Figure: la chute libre de deux atomes intriqués (gauche) est-t-elle différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de...) de celle de deux atomes indépendants (droite) ?
(Credit Remi Geiger)

Les chercheurs ont imaginé une expérience pour observer la chute libre d'un état intriqué de deux atomes de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) différente. En adaptant des méthodes éprouvées d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) quantique et de physique atomique, ils proposent de produire un état d'isotopes de Rubidium intriqués et de mesurer son accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur...) dans le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gravitationnel de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).

L'expérience proposée permettra, pour la première fois, d'explorer l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre l'intrication et la gravité pour des objets massifs, et ouvre de nouvelles pistes d'études sur la relation entre la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique...) et la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux...).

L'intrication est une propriété fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) et fascinante de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) quantique et permet à deux particules de rester intimement liées quelle que soit la distance qui les sépare. Cette propriété représente une ressource essentielle pour de nombreuses applications, telles que les communications et la cryptographie (La cryptographie est une des disciplines de la cryptologie s'attachant à protéger des messages (assurant confidentialité, authenticité et intégrité) en s'aidant souvent de secrets ou...) quantiques. Si cette ressource est bien maîtrisée au niveau microscopique, son lien avec la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) de gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) agissant à l'échelle macroscopique n'a jusqu'à présent pas été exploré. Deux chercheurs, du laboratoire LNE-SYRTE (CNRS, Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes...), Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège...) Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...), Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents...) Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient...) et Lettres) et de l'Université de Vienne en Autriche viennent de proposer une expérience visant à étudier le lien entre l'intrication et la gravitation.

Dans leur proposition, parue dans la revue Physical Review Letters, ils proposent de faire chuter deux atomes différents l'un à côté de l'autre, de manière analogue à l'expérience conduite depuis le haut de la tour de Pise (La tour penchée de Pise (torre pendente di Pisa en italien) est un des symboles du centre de l'Italie.) et imaginée par Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence, le 8 janvier 1642) est un physicien et astronome italien du XVIIe siècle, célèbre pour avoir jeté les fondements des sciences...). Mais contrairement aux expériences traditionnelles, comme l'expérience Microscope par exemple, les deux particules en chute libre sont cette fois-ci intriquées, c'est à dire intimement liées ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) par la physique quantique. L'expérience, qui utiliserait des méthodes de physique atomique déjà bien maitrisées en laboratoire, permettrait de faire un test de la gravitation de nature totalement différente que ceux réalisés jusqu'à présent. Une telle expérience explorerait pour la première fois l'effet de l'intrication sur l'équivalence entre la masse grave et la masse inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.), qui représente un des principes fondateurs de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) de la relativité générale, et pourrait conduire à des découvertes contribuant à l'unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui distingue le plus Prolog des...) des théories modernes de la physique.

Référence

- Proposal for a quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la plus petite mesure indivisible, que ce soit celle de...) test of the weak equivalence principle with entangled atomic species, Geiger and Trupke, Phys. Rev. Letters
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