Deux équipes indépendantes de physiciens ont utilisé des données de satellites mal placés sur des orbites elliptiques (au lieu d’orbites circulaires) pour mettre à l’épreuve la théorie relativiste de la gravitation d’Albert Einstein, soit la théorie de la relativité générale.

Deux équipes indépendantes de physiciens, l’une dirigée par Sven Herrmann de l’Université de Brême (Allemagne), et l’autre par Pacôme Delva, de l’Université Paris Sciences & Lettres (PSL) et de l’Université de la Sorbonne en France, ont utilisé des horloges atomiques sur des satellites se trouvant sur des orbites elliptiques (et non des orbites circulaires, comme précédemment prévu lors de leur lancement) pour effectuer des tests très précis. À vrai dire, il s’agit des tests les plus précis à ce jour !

L’ellipticité des orbites de ces deux satellites a généré des problèmes pour leur utilisation dans le réseau mondial de navigation, mais les scientifiques ont transformé ce malheur en une véritable opportunité.

Ces tests ont réussi à démontrer un aspect important de la relativité générale : le décalage de la fréquence d’une horloge atomique. En effet, cette expérience opportuniste confirme avec une précision sans précédent l’une des prédictions essentielles de la théorie d’Einstein, à savoir que le temps s’écoule plus lentement près d’un corps aussi massif comme la Terre, que plus loin, là où il n’y a pas une telle masse.

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Comme l’a expliqué Einstein, la gravité se produit lorsque des corps massifs déforment l’espace-temps. Les objets en chute libre suivent les chemins les plus rectilignes possibles dans cet espace-temps incurvé, qui nous apparaissent comme l’arc parabolique d’une boule lancée, ou l’orbite circulaire (ou elliptique) d’un satellite.

Il faut savoir qu’une horloge atomique placée dans un champ gravitationnel sera plus lente qu’une horloge atomique placée dans un espace vide. Cela signifie donc que le temps s’écoule plus lentement là où il y a un champ gravitationnel.

À l’heure actuelle, de nombreux chercheurs effectuent des tests à la recherche de violations de la relativité générale, qui, espèrent-ils, pourraient conduire à une théorie qui explique, par exemple, la matière noire et l’énergie noire. Cet étrange effet a été confirmé pour la toute première fois en 1959, lors d’une expérience terrestre, puis en 1976 par Gravity Probe A, une expérience de 2 heures menée par le biais d’une fusée, lancée à une hauteur de 10’000 kilomètres. Cela consistait à comparer la fréquence d’une horloge atomique située au sol (sur Terre) à celle d’une horloge atomique se trouvant dans la fusée.

Les résultats ont montré que la relativité générale pouvait prédire le décalage de fréquence de l’horloge avec une précision de 0,007%.

Les nouvelles études des deux groupes de physiciens exploitent quant à elles l’ellipticité des orbites des satellites et mesurent les changements de fréquence de plusieurs horloges atomiques embarquées à bord de ces derniers, qui se situent à diverses distances de la Terre.

À présent, deux équipes de physiciens ont suivi les variations et ont démontré, avec une précision cinq fois plus grande qu’auparavant, qu’elles correspondent effectivement aux prédictions de la relativité générale. Ce qui est vraiment remarquable étant donné que ces satellites n’étaient aucunement conçus pour mener à bien ce type d’expérience dans un premier temps.

De plus, une expérience similaire devrait être effectuée à bord de la Station spatiale internationale en 2020. Cette dernière visera à rechercher des déviations de même type, mais avec une précision encore supérieure.

Source : Physical Review Letters

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