(Phys.org)—Les physiciens ont effectué un test conçu pour étudier les effets de l'expansion de l'univers—dans l'espoir de répondre à des questions telles que « l'expansion de l'univers affecte-t-elle les expériences de laboratoire ? », « cette expansion pourrait-elle changer différemment la longueur des objets solides et le temps mesuré par les horloges atomiques, en violation du principe d'équivalence d'Einstein ?", et "l'espace-temps a-t-il une structure semblable à de la mousse qui modifie légèrement la vitesse des photons au fil du temps ?", une idée qui pourrait faire la lumière sur le lien entre la relativité générale et la gravité quantique.

Dans leur étude publiée dans Lettres d'examen physique , E. Wiens, A. Yu. Nevski, et S. Schiller de la Heinrich Heine Universität Düsseldorf en Allemagne ont utilisé un résonateur cryogénique pour effectuer certaines des mesures les plus précises à ce jour sur la stabilité en longueur d'un objet solide. Globalement, les résultats fournissent une confirmation supplémentaire du principe d'équivalence d'Einstein, qui est le fondement sur lequel repose la théorie de la relativité générale. Et en accord avec les expériences précédentes, les chercheurs n'ont trouvé aucune preuve de mousse spatio-temporelle.

"Il n'est pas facile d'imaginer des moyens de tester les conséquences de l'expansion de l'univers qui se produisent en laboratoire (par opposition à l'étude des galaxies lointaines), " Schiller a dit Phys.org . "Notre approche est une façon d'effectuer un tel test. Le fait que nous n'ayons observé aucun effet est cohérent avec la prédiction de la relativité générale."

Pendant cinq mois, les chercheurs ont effectué des mesures quotidiennes de la longueur du résonateur en mesurant la fréquence d'une onde électromagnétique piégée à l'intérieur. Afin de supprimer tout mouvement thermique, les chercheurs ont fait fonctionner le résonateur à une température cryogénique (1,5 degré au-dessus du zéro absolu). En outre, perturbations extérieures, comme l'inclinaison, irradiation par lumière laser, et certains autres effets susceptibles de déstabiliser l'appareil ont été maintenus aussi faibles que possible.

Pour mesurer la fréquence du résonateur, les chercheurs ont utilisé une horloge atomique. Tout changement de fréquence indiquerait que le changement de longueur du résonateur diffère du changement de temps mesuré par l'horloge atomique.

L'expérience n'a détecté pratiquement aucun changement de fréquence, ou "dérive zéro" - plus précisément, la dérive fractionnelle moyenne a été mesurée à environ 10 ^-20 /seconde, correspondant à une diminution de la longueur que les chercheurs décrivent comme équivalente à ne pas déposer plus d'une couche de molécules sur les miroirs du résonateur sur une période de 3000 ans. Cette dérive est la plus petite valeur mesurée à ce jour pour n'importe quel résonateur.

L'une des implications les plus importantes du résultat nul est qu'il fournit un soutien supplémentaire au principe d'équivalence. Formulé par Einstein au début des années 1900, le principe d'équivalence est l'idée que la gravité et l'accélération, comme l'accélération qu'une personne ressentirait dans un ascenseur en accélération ascendante dans l'espace, sont équivalentes.

Ce principe conduit à plusieurs concepts connexes, dont l'un est l'invariance de position locale, qui stipule que les lois de la physique non gravitationnelles (par exemple, électromagnétisme) sont les mêmes partout. Dans l'expérience actuelle, toute dérive de résonance aurait violé l'invariance de position locale. Dans le même sens, toute dérive de résonance aurait également violé la relativité générale, puisque la relativité générale interdit les changements de longueur des objets solides causés par l'expansion de l'univers.

Finalement, l'expérience a également tenté de détecter l'existence hypothétique de la mousse spatio-temporelle. L'un des effets de la mousse spatio-temporelle serait que des mesures répétées d'une longueur produiraient des résultats fluctuants. Les résultats de mesure constants rapportés ici indiquent donc que de telles fluctuations, s'ils existent, doit être très petit.

À l'avenir, les chercheurs espèrent que la technique de mesure extrêmement précise utilisant le résonateur cryogénique pourra être utilisée pour d'autres applications.

"L'un des plus grands résultats de ce travail est que nous avons développé une approche pour fabriquer et faire fonctionner un résonateur optique qui a extrêmement peu de dérive, " Schiller a déclaré. "Cela pourrait avoir des applications dans le domaine des horloges atomiques et des mesures de précision, par exemple, pour le suivi radar des engins spatiaux dans l'espace lointain."

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