(Phys.org) - Les physiciens ont trouvé la preuve la plus solide à ce jour pour aucune violation de la symétrie de Lorentz, l'une des symétries fondamentales de la relativité. La symétrie de Lorentz indique que le résultat d'une expérience ne dépend pas de certains aspects de son environnement, à savoir la vitesse et la direction de son cadre de référence en mouvement - propriétés qui deviennent pertinentes lors de l'étude d'objets astronomiques et du lancement de satellites, par exemple, ainsi que pour unifier la mécanique quantique et la relativité générale.

"Nous savons que la relativité générale et le modèle standard de la physique des particules ne sont pas les théories ultimes, " a déclaré la co-auteure Marie-Christine Angonin à l'Observatoire de Paris Phys.org . "En outre, jusque là, il a été impossible de concilier dans une théorie commune ces deux aspects de la physique. Pour réussir cette quête, presque toutes les théories d'unification prédisent une rupture de la symétrie de Lorentz."

Pour effectuer le test amélioré de la symétrie de Lorentz, l'équipe de physiciens de l'Observatoire de Paris et de l'Université de Californie, Los Angeles, analysé 44 ans de données provenant d'observations de télémétrie laser lunaire (LLR).

LLR consiste à envoyer des impulsions laser entre une station sur Terre à un réflecteur sur la Lune et retour, et mesurer le temps qu'il faut à la lumière pour effectuer l'aller-retour, ce qui est d'environ 2,5 secondes. Les expériences LLR modernes peuvent déterminer la distance entre la Terre et la Lune à moins d'un centimètre.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé les données de plus de 20, 000 faisceaux laser réfléchis envoyés entre 1969 et 2013 par cinq stations LLR situées à différents endroits de la Terre. Le temps de trajet aller-retour de la lumière est influencé par de nombreux facteurs, de l'emplacement de la Lune dans le ciel, au temps et aux marées, ainsi que des effets relativistes, qui sont particulièrement importants pour tester la symétrie de Lorentz.

Afin d'analyser les données LLR dans le contexte de la symétrie de Lorentz, les chercheurs ont d'abord développé une "éphéméride lunaire, " qui est un modèle qui prend en compte des dizaines de facteurs pour calculer la position estimée, rapidité, et l'orientation de la Lune par rapport à la Terre à un moment donné. Le cadre de cette éphéméride provient d'une théorie appelée l'extension du modèle standard (SME), qui combine la relativité générale et le modèle standard de la physique des particules, et permet la possibilité d'une brisure de symétrie de Lorentz.

"Pour la première fois, une modélisation globale du système Terre-Lune a été réalisée dans le cadre SME, " a déclaré Angonin. " Cela signifie que les équations du mouvement SME ont été incluses dans les éphémérides ainsi que dans la description de la trajectoire de la lumière. Cela nous amène à dériver des contraintes complètes et robustes sur les coefficients SME et par conséquent sur une brisure hypothétique de la symétrie de Lorentz."

Globalement, l'analyse des chercheurs montre que les données LLR sont sensibles à certaines combinaisons des coefficients PME, mais n'a trouvé aucune preuve que LLR dépend de la vitesse ou de la direction de son cadre de référence, indiquant aucune brisure de symétrie de Lorentz. En raison de l'immensité des données, les résultats fournissent les contraintes les plus strictes à ce jour sur les coefficients PME, dans certains cas, les améliorer jusqu'à un ordre de grandeur par rapport aux recherches précédentes. En général, l'amélioration de ces contraintes signifie que toute violation de la symétrie de Lorentz doit être très faible, s'il existe du tout.

À l'avenir, les chercheurs prévoient de continuer à rechercher des violations de la symétrie de Lorentz en utilisant d'autres données astronomiques.

"Nous souhaitons combiner les données du LLR avec celles de la télémétrie par satellite ou de l'exploration de la Lune, et considérer des modèles plus évolués où la brisure de la symétrie de Lorentz résulte du couplage entre la matière et la gravité, " a déclaré Angonine.

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