Des chercheurs de l'Université Griffith mènent une expérience à l'ANSTO qui testera une théorie physique révolutionnaire selon laquelle la rupture de la symétrie par inversion du temps par les neutrinos pourrait provoquer une dilatation du temps à l'échelle quantique.

Avec le soutien du National Measurement Institute (NMI), Le professeur adjoint Erik Streed avait besoin d'une source d'anti-neutrinos et de quelques horloges atomiques pour réaliser une expérience préliminaire qui testerait la validité d'une nouvelle théorie quantique du temps développée par son collègue de l'Université Griffith, le professeur Joan Vaccaro.

Une théorie quantique du temps

Vaccaro est un physicien théoricien accompli, qui a développé une théorie fondamentale qui met le temps et l'espace sur un pied d'égalité.

La théorie propose que les dynamiques que nous observons partout en tant que changements se produisant au fil du temps ne sont pas des éléments fondamentaux de la nature mais émergent phénoménologiquement en raison de violations de la symétrie temporelle.

C'est révolutionnaire car si c'est correct, il bouleversera notre façon de penser le temps et l'espace, ainsi que les lois fondamentales, comme la conservation de la masse.

Une source de neutrinos pour tester la théorie

Suite à la publication de la théorie en 2016, Vaccaro a proposé qu'une expérience puisse être entreprise avec un réacteur nucléaire pour tester la théorie.

Une source locale de violation de temps à l'échelle quantique pourrait contribuer à la quantité nette de violation de temps et, ainsi, modifier la dynamique localement.

Le réacteur OPAL produit un vaste flux d'anti-neutrinos qui se déplacent indemnes dans la matière car ils n'interagissent que très faiblement avec elle.

Les preuves que les neutrinos présentent une violation de la symétrie temporelle se sont multipliées ces dernières années et se situent actuellement à 99,7 % de certitude.

L'expérience testera la théorie car les anti-neutrinos produits par le réacteur représentent un champ de violation de temps qui a une décroissance en loi carrée inverse avec la distance par rapport au cœur.

La théorie prédit que le temps accumulé par une horloge dépend de la quantité de violation de temps dans sa région locale.

Une horloge placée près du cœur du réacteur devrait perdre sa synchronisation avec l'horloge plus éloignée.

Cela signifie que l'une des horloges d'essai près du réacteur, peut montrer une certaine dilatation du temps, ou différence de temps écoulé, par rapport à une horloge à une courte distance.

"Les calculs de mon collègue suggèrent que les neutrinos peuvent avoir un impact plus important sur le temps que nous ne le pensons, " a déclaré Streed. " Il serait en effet très surprenant que les neutrinos interagissent avec la matière sur la base du temps plutôt que simplement de la force nucléaire faible. "

Le montage expérimental

Suite à une soumission de proposition réussie au Centre australien de diffusion des neutrons, les enquêteurs se sont rendus à l'ANSTO pour installer deux stations de chronométrage avec des horloges atomiques à proximité du réacteur, où ils recueilleront des données pendant six mois.

Les horloges atomiques sont utilisées dans les tests de physique fondamentale pour détecter de minuscules effets à l'échelle quantique en raison de leur exactitude et précision exceptionnelles, qui se rapproche des pièces en 10 ¹⁷ -à 10 ¹⁹ pour les meilleures horloges.

Dr Michael Wouters, qui dirige les normes pour le temps et la fréquence au National Measurement Institute de Sydney, collabore à l'expérience.

NMI a fourni les horloges atomiques et développé les systèmes de mesure qui sont essentiels pour l'expérience.

Dans cette première expérience, des horloges de haute précision disponibles dans le commerce sont utilisées. Des horloges avec de bien meilleures performances seraient utilisées dans une version améliorée de l'expérience.

Une station de chronométrage est placée à environ cinq mètres du réacteur, tandis que la station de référence est à 10 mètres du réacteur.

Chaque station comprend une horloge primaire au césium, trois horloges secondaires et les systèmes de mesure utilisés pour comparer les horloges à moins d'un milliardième de seconde.

Il était important que les horloges soient soumises aux neutrinos dans un environnement dans exactement les mêmes conditions physiques car elles ne sont pas complètement à l'abri des changements, comme la température ambiante.

Les horloges au césium sont contenues dans des boîtes beiges d'aspect plutôt banal protégées par une barre qui agit comme une barrière contre quelqu'un qui s'y heurte.

Wouters a expliqué que l'expérience n'implique pas de mesures uniques, mais une moyenne pour un temps optimal pour chaque type d'horloge particulier afin d'obtenir la meilleure mesure possible.

Le fait que le réacteur soit arrêté pour maintenance périodiquement offre un avantage, en cela, il fournit un contrôle prévisible pour l'expérience, lorsque les deux séries d'horloges doivent fonctionner au même rythme.

Ce serait une démonstration expérimentale plus convaincante de l'effet de dilatation du temps proposé.

Tout résultat ou limite de l'expérience du réacteur sera comparé aux calculs des incertitudes dans le mouvement observé des planètes et d'autres objets en orbite autour du soleil, qui devraient être affectés de la même manière par le flux de neutrinos solaires.

« Quel que soit le résultat, une partie de l'expérience consiste à acquérir de l'expérience dans l'environnement dans lequel nous devons travailler, qui n'est pas un environnement contrôlé comme nos laboratoires, " dit Wouters.

« Les conditions d'exploitation nous aideront à identifier et à caractériser les sources d'erreur potentiellement pertinentes à partir d'une gamme de conditions environnementales, nous aider à concevoir une version améliorée de l'expérience, " il ajouta.

La mesure du succès

Streed a dit que si l'expérience réussit, il fournira un « nombre » de l'ampleur de l'effet quantique sur le temps.

"Et si l'effet se produit au niveau du réacteur, nous aurions besoin de le valider dans d'autres réacteurs nucléaires, puis de rechercher l'effet dans d'autres endroits, comme les données orbitales planétaires, " il a dit.

« D'un point de vue scientifique, c'est un risque incroyablement élevé en raison des inconnues, " dit Streed.

Mais c'est clairement un risque que Streed et Vaccaro sont prêts à prendre en raison de son importance capitale si les preuves expérimentales soutiennent la théorie.

Dans tous les cas, le temps nous le dira.