Une nouvelle contrainte sur la masse du "graviton"
Des chercheurs des observatoires de Paris et de la Côte d'Azur, ainsi que du centre scientifique de Monaco, ont posé une nouvelle contrainte sur la masse du graviton (1) en utilisant un modèle très précis des orbites des planètes du système solaire.


Credits: Y. Gominet IMCCE/Observatoire de Paris (textures from NASA)
Contrairement aux cas des gravitations de Newton et d'Einstein, si le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) était massif (Le mot massif peut être employé comme :), il ne posséderait pas une portée infinie, mais serait au contraire dépeint par une portée caractéristique appelée longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de...) de Compton.

Cette longueur caractéristique peut, par exemple, conduire à une modification de la vitesse (On distingue :) de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de propagation :) gravitationnelles en fonction de leurs fréquences. Ainsi, en étudiant le spectre des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) gravitationnelles provenant de la coalescence de binaire de trous noirs, la collaboration LIGO-Virgo avait déjà pu contraindre la 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...) du champ gravitationnel à une valeur inférieure à 5.0× 10^-23 eV⁄c2 , correspondant à une longueur de Compton supérieur à 2.6× 10^13 mètres.

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur une autre manifestation possible de la masse du champ de gravitation. Ils ont étudié en particulier les modifications au niveau des mouvements orbitaux des planètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre...), qui seraient impactés par la portée finie du champ dans le cadre d'une 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...) de gravitation massive (Le mot massif peut être employé comme :).

Pour ce faire, ils ont utilisé l'éphéméride (Une éphéméride (du grec ancien : hêmera, le jour) est un ouvrage qui recense année par année ou jour par jour, les principaux événements du...) planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres...) INPOP (Intégrateur Numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition...) Planétaire de l'Observatoire de Paris), développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) aux observatoires de Paris et de la Côte d'Azur, pour ajuster le modèle planétaire du système solaire aux observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) les plus précises actuellement disponibles, en prenant en compte l'éventualité d'une portée finie de la gravitation. Ainsi, ils ont pu contraindre la longueur de Compton associée à la gravitation à être supérieure à 1.83× 10^13 km - soit près de 87 fois la distance Terre-Soleil - ce qui correspondrait à une masse inférieur à 6.76× 10^-23 eV⁄c2 - c'est-à-dire inférieur à environ 10^-55 grammes.

L'apparente similitude entre les résultats de cette nouvelle étude et celle menée par la collaboration LIGO-Virgo est purement fortuite cependant. Non-seulement les deux études se penchent sur différents aspects de la phénoménologie gravitationnelle (radiative versus orbitale), mais utilisent aussi des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de natures entièrement différentes (ondes gravitationnelles versus astrométrie (L'astrométrie est la partie de l'astronomie qui s'occupe de la position des étoiles et des autres objets célestes, leur distances et leur mouvements.) planétaire radio et optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) dans le système solaire). Les deux types d'étude sont donc complémentaires afin d'éprouver l'existence potentielle d'une masse associée au champ de gravitation.

Note:
(1) Parler de "graviton (Le graviton est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la gravité dans la plupart des systèmes de gravité quantique. Il serait donc le quantum de la force gravitationnelle. En langage courant, on peut dire que les...)" - particule hypothétique associée à la gravitation quantique est un abus de langage commode qui découle de la dualité onde-corpuscule manifeste pour les forces fondamentales. L'existence ou non de particules associées aux ondes n'est en fait guère nécessaire pour définir la masse d'un champ, et plus particulièrement la masse du champ gravitationnel. Plusieurs définitions possibles de la masse d'un champ gravitationnel existent, indépendamment de son éventuelle nature corpusculaire. Les auteurs se sont penchés sur une définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) particulière qui identifie une hypothétique portée finie de la gravitation à une masse.


Références de publication:
- Constraining the Mass of the Graviton with the Planetary Ephemeris INPOP, L. Bernus, O. Minazzoli, A. Fienga, M.Gastineau, J. Laskar, and P. Deram Phys. Rev. Lett. 123, 161103
- Highlighted in APS: Philip Ball, Limits on the Graviton from Planetary Orbits
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