Il y a un peu plus d'une semaine, des physiciens européens ont annoncé qu'ils avaient mesuré la force de gravité sur la plus petite échelle jamais vue.
Dans une expérience intelligente sur table, des chercheurs de l'Université de Leiden aux Pays-Bas, de l'Université de Southampton au Royaume-Uni et de l'Institut de photonique et de nanotechnologies en Italie ont mesuré une force d'environ 30 attonewtons sur une particule d'un peu moins d'un demi-milligramme de masse. Un attonewton est un milliardième de milliardième de newton, l'unité standard de force.
Les chercheurs affirment que ces travaux pourraient "révéler davantage de secrets sur la structure même de l'univers" et pourraient constituer une étape importante vers la prochaine grande révolution de la physique.
Mais pourquoi ? Ce n'est pas seulement le résultat :c'est la méthode, et ce qu'il dit sur la voie à suivre pour une branche de la science, selon les critiques, pourrait être piégé dans une boucle de coûts croissants et de rendements décroissants.
Du point de vue du physicien, la gravité est une force extrêmement faible. Cela peut sembler étrange à dire. Vous ne vous sentez pas faible lorsque vous essayez de vous lever le matin !
Pourtant, comparée aux autres forces que nous connaissons, telles que la force électromagnétique responsable de la liaison des atomes entre eux et de la génération de lumière, et la forte force nucléaire qui lie les noyaux des atomes, la gravité exerce une attraction relativement faible entre les objets.
Et à plus petite échelle, les effets de la gravité deviennent de plus en plus faibles.
Il est facile de voir les effets de la gravité pour des objets de la taille d'une étoile ou d'une planète, mais il est beaucoup plus difficile de détecter les effets gravitationnels pour des objets petits et légers.
Malgré la difficulté, les physiciens souhaitent réellement tester la gravité à petite échelle. En effet, cela pourrait aider à résoudre un mystère vieux d'un siècle dans la physique actuelle.
La physique est dominée par deux théories extrêmement réussies.
La première est la relativité générale, qui décrit la gravité et l’espace-temps à grande échelle. La seconde est la mécanique quantique, qui est une théorie des particules et des champs (les éléments de base de la matière) à petite échelle.
Ces deux théories sont à certains égards contradictoires et les physiciens ne comprennent pas ce qui se passe dans les situations où les deux devraient s'appliquer. L'un des objectifs de la physique moderne est de combiner la relativité générale et la mécanique quantique dans une théorie de la « gravité quantique ».
Un exemple de situation dans laquelle la gravité quantique est nécessaire est la compréhension complète des trous noirs. Ceux-ci sont prédits par la relativité générale (et nous en avons observé d'énormes dans l'espace), mais de minuscules trous noirs peuvent également apparaître à l'échelle quantique.
À l’heure actuelle, cependant, nous ne savons pas comment associer la relativité générale et la mécanique quantique pour rendre compte du fonctionnement de la gravité, et donc des trous noirs, dans le domaine quantique.
Un certain nombre d'approches d'une théorie potentielle de la gravité quantique ont été développées, notamment la théorie des cordes, la gravité quantique en boucle et la théorie des ensembles causals.
Cependant, ces approches sont entièrement théoriques. Nous n'avons actuellement aucun moyen de les tester via des expériences.
Pour tester empiriquement ces théories, nous aurions besoin d'un moyen de mesurer la gravité à de très petites échelles où les effets quantiques dominent.
Jusqu’à récemment, réaliser de tels tests était hors de portée. Il semblait que nous aurions besoin de très gros équipements :encore plus gros que le plus grand accélérateur de particules au monde, le Grand collisionneur de hadrons, qui envoie des particules de haute énergie zoomer sur une boucle de 27 kilomètres avant de les écraser les unes contre les autres.
C'est pourquoi la récente mesure de la gravité à petite échelle est si importante.
L'expérience menée conjointement par les Pays-Bas et le Royaume-Uni est une expérience « sur table ». Cela ne nécessitait pas de machines massives.
L'expérience fonctionne en faisant flotter une particule dans un champ magnétique, puis en faisant passer un poids devant elle pour voir comment elle "se tortille" en réponse.
Ceci est analogue à la façon dont une planète "se tortille" lorsqu'elle en dépasse une autre.
En faisant léviter la particule avec des aimants, elle peut être isolée de nombreuses influences qui rendent si difficile la détection de faibles influences gravitationnelles.
La beauté des expériences sur table comme celle-ci est qu’elles ne coûtent pas des milliards de dollars, ce qui élimine l’un des principaux obstacles à la réalisation d’expériences gravitationnelles à petite échelle et potentiellement aux progrès en physique. (La dernière proposition pour un successeur plus grand au Grand collisionneur de hadrons coûterait 17 milliards de dollars.)
Les expériences sur table sont très prometteuses, mais il reste encore du travail à faire.
L'expérience récente se rapproche du domaine quantique, mais n'y parvient pas tout à fait. Les masses et les forces impliquées devront être encore plus petites pour découvrir comment la gravité agit à cette échelle.
Nous devons également nous préparer à la possibilité qu'il ne soit pas possible de pousser les expériences sur table aussi loin.
Il existe peut-être encore des limitations technologiques qui nous empêchent de mener des expériences sur la gravité à des échelles quantiques, nous poussant ainsi à construire de plus grands collisionneurs.
Il convient également de noter que certaines des théories de la gravité quantique qui pourraient être testées à l'aide d'expériences sur table sont très radicales.
Certaines théories, comme celle de la gravité quantique en boucle, suggèrent que l’espace et le temps pourraient disparaître à de très petites échelles ou à des énergies élevées. Si c'est vrai, il ne sera peut-être pas possible de mener des expériences à ces échelles.
Après tout, les expériences telles que nous les connaissons sont le genre de choses qui se produisent à un endroit particulier, sur une période de temps particulière. Si de telles théories sont correctes, nous devrons peut-être repenser la nature même de l'expérimentation afin de pouvoir lui donner un sens dans des situations où l'espace et le temps sont absents.
D'un autre côté, le fait même que nous puissions réaliser des expériences simples impliquant la gravité à petite échelle peut suggérer que l'espace et le temps sont après tout présents.
Qu'est-ce qui s'avérera vrai ? La meilleure façon de le savoir est de poursuivre les expériences sur table et de les pousser aussi loin que possible.
Fourni par The Conversation
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l'article original. 
