Les fluctuations quantiques peuvent-elles être à l’origine d’un effet de lentille gravitationnelle ?

fluctuation quantique lentille
| Arleksey/Shutterstock

Selon le principe d’indétermination d’Heisenberg, le vide quantique est un chaos bouillonnant, donnant lieu à des fluctuations quantiques permanentes. Selon certains physiciens, des fluctuations quantiques d’ampleur suffisante pourraient courber la lumière, créant ainsi un effet de microlentille gravitationnelle quantique. 

Depuis le développement de la mécanique quantique et les travaux d’Heisenberg, d’Hartman ou encore de Casimir, les physiciens savent que le vide quantique est un milieu chaotique. En effet, l’énergie de celui-ci fluctue en permanence, créant des paires de particule-antiparticule d’énergie différente. L’explication est initialement donnée par le principe d’indétermination d’Heisenberg concernant le temps et l’énergie : ΔE · Δt ≥ ℏ/2.

Il existe deux types de fluctuations. Premièrement, les fluctuations actives qui sont les fluctuations de la géométrie spatio-temporelle elle-même. Et deuxièmement, les fluctuations passives qui sont des fluctuations du champ énergie-matière affectant la métrique. Ce sont ces dernières que l’étude aborde.

Classiquement, l’on considère que ces fluctuations se produisent majoritairement à l’échelle de Planck et sont donc inobservables. Cependant, certaines de ces fluctuations, dont l’énergie est grande ou par effet d’accumulation peuvent apparaître au-delà de l’échelle de Planck, peuvent être à l’origine d’un phénomène de microlentille gravitationnelle.

micro lentille gravitationnelle
Les microlentillges gravitationnelles sont des phénomènes qui se produisent lorsqu’une masse « courbe la lumière » émise par une source lumineuse lointaine. Elles permettent aux astronomes d’observer l’objet ainsi amplifié. Crédits : NASA

Le physicien S. Carlip de l’université de Californie démontre que sous certaines conditions d’énergie et de taille (l’échelle d’apparition de la fluctuation doit être supérieure à celle de Planck), les fluctuations peuvent être à l’origine de micro-lentilles gravitationnelles. Malheureusement, le physicien démontre aussi que le temps de vie de telles fluctuations est extrêmement court (voire quasi-instantané) et ne permet donc pas d’observer cet effet de lentille.

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Dans le meilleur des cas, ce temps de vie peut aller jusqu’à 10-29 secondes. Toutefois, l’apparition de fluctuations supérieures à l’échelle de Planck n’est pas si rare que cela ; dans une sphère possédant un volume 1017 fois supérieur au volume de Planck, ces fluctuations peuvent apparaître un certain nombre de fois par jour. En outre, si les phénomènes quantiques de microlentille gravitationnelle ne peuvent pas être observés, d’autres effets peuvent l’être.

Ainsi, Carlip montre que pour une fluctuation supérieure à l’échelle de Planck ayant un temps de vie compris entre 10-38 et 10-29 secondes, un phénomène de flou lumineux peut être observé selon la longueur d’onde (et donc l’énergie) des photons.

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En outre, les fluctuations pourraient être à l’origine d’un effet Sachs-Wolfe également observable. Plusieurs observations devront être menées pour infirmer ou confirmer les développements de l’étude. Celle-ci permet toutefois de poser une nouvelle contrainte d’énergie pour les modèles de gravité à l’échelle TeV, donnant ainsi la possibilité aux physiciens d’affiner certaines théories basées sur ces modèles.

Source : arXiv

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