Il y a maintenant un an que le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (« Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser »), dit LIGO, annonçait la plus grande découverte scientifique de l’année 2016 : la détection et la confirmation de l’existence des ondes gravitationnelles, telles que prédites par Einstein.

Bien que les ondes gravitationnelles aient été détectées pour la toute première fois en septembre 2015, ce n’est qu’après plusieurs détections supplémentaires, effectuées en juin 2016, que les scientifiques de LIGO ont finalement pu confirmer leur existence, solidifiant ainsi la prédiction d’Albert Einstein dans la théorie de la relativité.

Mais il s’avère que LIGO, le meilleur détecteur d’ondulations spatio-temporelles au monde, s’avère aussi être le meilleur générateur d’ondes gravitationnelles. « Lorsque nous optimisons LIGO pour la détection, nous l’optimisons aussi pour l’émission [d’ondes gravitationnelles] », a expliqué la physicienne Belinda Pang du California Institute of Technology (Caltech), lors d’une réunion de l’American Physical Society la semaine dernière, représentant son équipe de physiciens.

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations produites lorsque des objets massifs déforment l’espace-temps. Essentiellement, les ondes gravitationnelles étirent l’espace et selon Einstein, elles peuvent être produites par certaines configurations de masses tourbillonnantes. C’est grâce à l’utilisation des détecteurs hyper sensibles situés à Hanford (Washington) et à Livingston (Louisiane), que LIGO est capable de détecter cette perturbation de l’espace-temps.

Lorsque les scientifiques ont réalisé qu’ils pouvaient détecter les ondes gravitationnelles, ils ont pensé que la sensibilité des détecteurs pourrait également leur permettre de générer efficacement ces ondulations. « L’élément fondamental au sujet d’un détecteur est qu’il se couple aux ondes gravitationnelles », annonce Fan Zhang, physicien à l’Université de Beijing. « Lorsqu’il y a un couplage, cela va dans les deux sens », ajoute-t-il.

Les chercheurs de LIGO ont testé leur idée en utilisant un modèle mathématique quantique et ont constaté qu’ils avaient raison : les détecteurs ont généré des ondulations spatio-temporelles minuscules et optimales. En mécanique quantique, il est dit que les petits objets (tels que les électrons par exemple) peuvent se trouver à deux endroits à la fois. Certains physiciens pensent qu’il est donc possible d’obtenir des objets macroscopiques dans un état similaire du mouvement quantique.

ligo ondes gravitationelles

Quantum kicks / Les coups de pied quantiques livrés aux miroirs de LIGO en font le diffuseur de rayonnement gravitationnel le plus efficace au monde ! Crédits : Matt Heintze/Caltech/MIT/LIGO Lab

Bien que cet état soit délicat et ne puisse pas être maintenu durant de très longues périodes, n’importe quelle quantité de temps pourrait nous donner un aperçu supplémentaire de la mécanique quantique.

Nous pourrions mesurer combien de temps il faut pour que la décohérence se produise, et voir quel rôle pourrait jouer la gravité dans l’existence d’états quantiques entre les objets macroscopiques. « C’est une idée intéressante, mais expérimentalement très difficile. C’est une tâche incroyablement difficile, mais s’il vous passe par la tête de vouloir le faire, ce qu’il faut retenir c’est que LIGO est le meilleur endroit pour ça », a annoncé le physicien Yiqiu Ma, un collègue de Pang, chez Caltech.

Toutes connaissances supplémentaires concernant l’activité quantique pourrait non seulement nous aider à construire de meilleurs ordinateurs quantiques, mais elles pourraient également complètement révolutionner notre compréhension de l’univers physique.

Actuellement, des mises à niveau sont effectuées sur LIGO et celles-ci lui permettront de détecter des ondes gravitationnelles encore plus faibles. Puis, finalement, l’objectif est de construire l’Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA) qui est destiné à observer des ondes gravitationnelles de basse fréquence depuis l’espace ! Il s’agira du tout premier observatoire d’ondes gravitationnelles spatial (les observatoires actuels étant tous terrestres).

Dans les années à venir, LIGO pourrait non seulement détecter régulièrement des ondes gravitationnelles, mais également découvrir de nouveaux moyens pour en émettre et de ce fait les analyser, nous offrant ainsi la possibilité d’améliorer notre compréhension du monde quantique.

Sources : LIGO, APS Physics

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