La théorie de la relativité générale d'Einstein soutient qu'un corps massif comme la Terre courbe l'espace-temps, ce qui ralentit le temps à mesure que vous vous approchez de l'objet. Ainsi, une personne au sommet d'une montagne vieillit un peu plus vite qu'une personne au niveau de la mer.

Des scientifiques américains ont maintenant confirmé la théorie à la plus petite échelle jamais réalisée, démontrant que les horloges fonctionnent à des rythmes différents lorsqu'elles sont séparées par des fractions de millimètre.

Jun Ye, du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de l'Université du Colorado à Boulder, a déclaré à l'AFP que leur nouvelle horloge était "de loin" la plus précise jamais construite et pourrait ouvrir la voie à de nouvelles découvertes en mécanique quantique, la livre de règles pour le monde subatomique.

Ye et ses collègues ont publié leurs découvertes mercredi dans la prestigieuse revue Nature , décrivant les avancées techniques qui leur ont permis de construire un appareil 50 fois plus précis que les meilleures horloges atomiques actuelles.

Ce n'est qu'avec l'invention des horloges atomiques, qui gardent l'heure en détectant la transition entre deux états d'énergie à l'intérieur d'un atome exposé à une fréquence particulière, que les scientifiques ont pu prouver la théorie d'Albert Einstein de 1915.

Les premières expériences comprenaient la Gravity Probe A de 1976, qui impliquait un vaisseau spatial à 6 000 miles (10 000 kilomètres) au-dessus de la surface de la Terre et a montré qu'une horloge embarquée était plus rapide qu'un équivalent sur Terre d'une seconde toutes les 73 ans.

Depuis, les horloges sont devenues de plus en plus précises, et donc mieux à même de détecter les effets de la relativité.

En 2010, les scientifiques du NIST ont observé que le temps se déplaçait à des rythmes différents lorsque leur horloge était déplacée de 33 centimètres (un peu plus d'un pied) plus haut.

Théorie de tout

La principale percée de Ye a été de travailler avec des toiles de lumière, appelées réseaux optiques, pour piéger les atomes dans des arrangements ordonnés. Il s'agit d'empêcher les atomes de tomber en raison de la gravité ou de se déplacer, entraînant une perte de précision.

À l'intérieur de la nouvelle horloge de Ye se trouvent 100 000 atomes de strontium, superposés comme une pile de crêpes, d'une hauteur totale d'environ un millimètre.

L'horloge est si précise que lorsque les scientifiques ont divisé la pile en deux, ils ont pu détecter des différences de temps dans les moitiés supérieure et inférieure.

À ce niveau de précision, les horloges agissent essentiellement comme des capteurs.

"L'espace et le temps sont liés", a déclaré Ye. "Et avec une mesure du temps si précise, vous pouvez réellement voir comment l'espace change en temps réel. La Terre est un corps vivant et vivant."

De telles horloges réparties sur une région volcaniquement active pourraient indiquer aux géologues la différence entre la roche solide et la lave, aidant ainsi à prévoir les éruptions.

Ou, par exemple, étudiez comment le réchauffement climatique provoque la fonte des glaciers et la montée des océans.

Ce qui excite le plus Ye, cependant, c'est la façon dont les futures horloges pourraient inaugurer un tout nouveau domaine de la physique.

L'horloge actuelle peut détecter des différences de temps sur 200 microns, mais si cela était ramené à 20 microns, elle pourrait commencer à sonder le monde quantique, aidant à combler les disparités en théorie.

Alors que la relativité explique magnifiquement le comportement des grands objets comme les planètes et les galaxies, elle est notoirement incompatible avec la mécanique quantique, qui traite de l'infiniment petit.

Selon la théorie quantique, chaque particule est aussi une onde et peut occuper plusieurs endroits en même temps, ce que l'on appelle la superposition. Mais on ne sait pas comment un objet à deux endroits à la fois déformerait l'espace-temps, selon la théorie d'Einstein.

L'intersection des deux domaines rapprocherait donc la physique d'une "théorie du tout" unificatrice qui expliquerait tous les phénomènes physiques du cosmos.