Une expérience high-tech à Berkeley explore l'énergie noire et la gravité quantique avec une précision révolutionnaire

ParisLes physiciens de l'Université de Californie, Berkeley, ont mis au point une expérience extrêmement précise pour rechercher l'énergie noire. Découverte il y a 26 ans, l'énergie noire provoque une expansion accélérée de l'univers. L'objectif de cette expérience est de détecter d'éventuelles divergences par rapport à la théorie actuelle de la gravité. Voici quelques détails importants :

• Utilise un interféromètre à atomes pour des mesures de gravité précises
• Combine un réseau optique pour maintenir les atomes plus longtemps
• A surpassé les mesures précédentes par un facteur de cinq
• L'expérience peut immobiliser les atomes jusqu'à 70 secondes

Le physicien Holger Müller et son équipe ont étudié la gravité à une échelle très réduite grâce à leurs instruments. Ils ont constaté que la gravité se comportait exactement comme l'avait prédit la théorie d'Isaac Newton. Cependant, l'amélioration de la précision de leurs appareils pourrait un jour permettre de confirmer ou d'infirmer l'existence d'une possible cinquième force, qui pourrait être liée à des particules connues sous les noms de chaméléons ou symmétrons.

Les physiciens supposent que la gravité possède une dimension quantique, bien qu'aucune preuve expérimentale n'existe encore. Müller a déclaré : « Notre capacité à détecter s'améliore avec une durée de maintien plus longue. Si nous gardons les atomes 20 à 30 fois plus longtemps, nos chances de découvrir des preuves pourraient être multipliées par 400 à 800 000. » L'interféromètre à atomes en réseau peut retenir les atomes pendant 70 secondes, ouvrant ainsi de nombreuses nouvelles perspectives pour la recherche.

L'équipe a utilisé une méthode appelée interféromètre à atomes en réseau. Cette technique immobilise les atomes et mesure les effets gravitationnels infimes sur une longue période. En maintenant les atomes en place plus longtemps, ils ont pu détecter de faibles forces. Cette technologie pourrait également être employée en mer pour étudier le fond océanique.

L'énergie sombre a été découverte en 1998 par deux équipes de scientifiques, dont Saul Perlmutter de l'UC Berkeley et Adam Riess. Ils ont constaté que l'univers s'étendait plus rapidement qu'ils ne l'avaient imaginé. Bien qu'il existe de nombreuses théories sur l'énergie sombre, elle reste encore mal comprise. L'énergie sombre constitue environ 70 % de l'univers.

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En 2015, Müller a utilisé un interféromètre atomique pour rechercher des particules caméléon. Il n'a constaté aucun changement dans l'attraction gravitationnelle normale. La clé de son expérience résidait dans le fait de placer chaque atome dans un état présentant des moments différents, puis de mesurer la différence de phase.

Dans une récente expérience, Müller et son équipe ont utilisé un réseau optique pour maintenir les atomes en place plus longtemps, même pendant la pandémie de COVID-19. Le chercheur postdoctoral Cristian Panda a réussi à prolonger cette durée à 70 secondes en stabilisant le laser et en ajustant la température.

Panda et Müller ont perfectionné leurs mesures en réduisant la durée pendant laquelle ils maintenaient 10 000 atomes de césium dans une chambre à vide. En dispersant ces atomes en petits nuages, ils ont pu mesurer les effets gravitationnels avec une plus grande précision.

Panda, professeur assistant à l'Université de l'Arizona, envisage de concevoir son propre interféromètre atomique à réseau. Parallèlement, l'équipe de Müller développe un nouvel appareil avec un meilleur contrôle des vibrations et des températures plus basses. Cet appareil pourrait améliorer les résultats de 100 %, ouvrant ainsi la voie à des avancées majeures dans la détection des propriétés quantiques de la gravité.

La National Science Foundation, l'Office of Naval Research et le Jet Propulsion Laboratory ont financé ce travail important. L'équipe de recherche était composée de nombreux experts provenant de diverses institutions.