L'année dernière, Anupam Mazumdar, un physicien de l'Université de Groningue, avec des collègues du Royaume-Uni, ils ont proposé une expérience qui pourrait prouver de manière concluante si la gravité est un phénomène quantique. Cette expérience se concentrerait sur l'observation de deux relativement grands, systèmes quantiques intriqués en chute libre. Dans un nouvel article, publié le 4 juin dans Examen physique de la recherche , les scientifiques décrivent plus en détail comment deux types de bruit pourraient être réduits. Ils suggèrent que l'interférence quantique pourrait être appliquée à la production d'un instrument sensible capable de détecter les mouvements d'objets allant des papillons aux cambrioleurs et aux trous noirs.

Au centre de cette expérience se trouve un minuscule diamant, de quelques nanomètres seulement, dans lequel l'un des atomes de carbone a été remplacé par un atome d'azote. Selon la physique quantique, l'électron supplémentaire dans cet atome absorberait ou n'absorberait pas l'énergie photonique d'un laser.

diamant

L'absorption de l'énergie modifierait la valeur de spin de l'électron, un moment magnétique qui peut être soit vers le haut, soit vers le bas. "Tout comme le chat de Schrödinger, qui est mort et vivant à la fois, ce spin électronique absorbe et n'absorbe pas l'énergie photonique, donc sa rotation est à la fois de haut en bas, " explique Mazumdar. Ce processus aboutit à une superposition quantique de l'ensemble du diamant. En appliquant un champ magnétique, il est possible de séparer les deux états quantiques. Lorsque ces états quantiques sont réunis à nouveau en éteignant le champ magnétique, ils vont créer un motif d'interférence.

Ce diamant est assez petit pour soutenir cette superposition, mais il est aussi suffisamment grand pour être affecté par l'attraction de la gravité. Lorsque deux de ces diamants sont placés l'un à côté de l'autre dans des conditions de chute libre, ils n'interagissent que via la force de gravité entre eux. L'expérience a été conçue à l'origine pour tester si la gravité elle-même est un phénomène quantique. Tout simplement, l'intrication étant un phénomène quantique, l'intrication de deux objets qui n'interagissent que par gravité servirait de preuve que la gravité est un phénomène quantique.

Collision

Toute masse en mouvement aura un effet sur ce système quantique très sensible. Dans leur dernier article, Mazumdar et ses collègues décrivent comment ces perturbations peuvent être réduites. Cependant, il apparaît également que ce système pourrait être utilisé pour détecter des masses en mouvement. La première source de bruit est la collision de gaz avec la capsule expérimentale en chute libre. Même l'impact des photons peut créer une perturbation. "Nos calculs montrent que ces effets sont minimisés en plaçant la capsule expérimentale à l'intérieur d'un conteneur plus grand, qui crée un environnement contrôlé, ", explique Mazumdar.

A l'intérieur d'un tel conteneur extérieur, ce bruit est négligeable à une pression de 10 ^-6 Pascal, même à température ambiante. Les exigences relatives aux conditions à l'intérieur de la capsule expérimentale sont plus strictes. Actuellement, les scientifiques estiment une pression requise de 10 ^-15 Pascal à environ 1 Kelvin. Compte tenu de l'état actuel de la technologie, ce n'est pas encore faisable, mais Mazumdar s'attend à ce que cela soit possible d'ici une vingtaine d'années.

Débris spatiaux

Objets en mouvement, même aussi petit qu'un papillon, situés à proximité du site expérimental constituent une seconde source de bruit. Les calculs révèlent que ce bruit peut également être atténué relativement facilement en limitant l'accès au site expérimental. Les personnes doivent maintenir une distance d'au moins 2 mètres du site expérimental, et les voitures doivent maintenir une distance minimale de 10 mètres du site. Le passage d'avions à plus de 60 mètres du site expérimental ne poserait pas de problème. Toutes ces exigences peuvent être remplies facilement.

Une fois l'expérience en cours, sa portée pourrait être étendue au-delà d'une enquête sur la gravité quantique, selon Mazumdar. "Vous pourriez le mettre dans un vaisseau spatial, où il est en chute libre tout le temps. Puis, vous pouvez l'utiliser pour détecter les débris spatiaux entrants. En utilisant plusieurs systèmes, il serait même possible d'avoir la trajectoire des débris." Une autre option est de placer un tel système dans la ceinture de Kuiper, où il sentirait le mouvement de notre système solaire dans l'espace. "Et il pourrait détecter tous les trous noirs à proximité, ", ajoute Mazumdar.

De retour sur Terre, le système quantique serait capable de détecter les mouvements tectoniques et peut-être de fournir des alertes précoces de tremblements de terre. Et, bien sûr, la sensibilité du système quantique à tout mouvement se produisant à proximité en ferait un idéal, si quelque peu complexe, détecteur de mouvement et alarme antivol. Mais pour l'instant, au cours des prochaines décennies, l'accent sera mis sur la détermination si la gravité est un phénomène quantique.