Les ondes gravitationnelles, ou ondulations dans l'espace-temps, glissent à travers la Terre tout le temps, portant des secrets sur l'univers. Mais jusqu'à il y a quelques années, nous ne pouvions pas du tout détecter ces ondes, et même maintenant, nous n'avons que la capacité la plus élémentaire de détecter l'étirement et la compression du cosmos.
Cependant, un nouveau chasseur d'ondes gravitationnelles proposé, qui mesurerait comment les particules de lumière et de gravité interagissent, pourrait changer cela. Ce faisant, il pourrait répondre à de grandes questions sur l'énergie sombre et l'expansion de l'univers.
Les trois détecteurs sur Terre aujourd'hui, tous ensemble appelés Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) et Vierge, fonctionnent selon le même principe: lorsqu'une onde gravitationnelle se déplace à travers la Terre, elle s'étire et serre légèrement l'espace-temps. En mesurant combien de temps une lumière laser prend pour parcourir de longues distances, les détecteurs remarquent quand la taille de cet espace-temps change. Mais les changements sont infimes, nécessitant un équipement et des méthodes statistiques extrêmement sensibles à détecter.
Dans ce nouvel article, trois chercheurs ont proposé une nouvelle méthode radicale: la chasse aux ondes gravitationnelles en recherchant les effets des interactions directes entre les gravitons - particules théoriques qui transportent la force gravitationnelle - et les photons, les particules qui composent la lumière. En étudiant ces photons après leur interaction avec les gravitons, vous devriez être en mesure de reconstruire les propriétés d'une onde gravitationnelle, selon Subhashish Banerjee, co-auteur du nouveau document et physicien de l'Indian Institute of Technology de Jodhpur, en Inde. Un tel détecteur serait beaucoup moins cher et plus facile à construire que les détecteurs existants, a déclaré Banerjee.
"La mesure des photons est quelque chose que les gens connaissent très bien", a déclaré Banerjee à Live Science. "C'est extrêmement bien étudié, et c'est certainement moins difficile qu'un type d'installation LIGO."
Personne ne sait exactement comment les gravitons et les photons interagiraient, en grande partie parce que les gravitons sont encore entièrement théoriques. Personne n'a jamais été isolé. Mais les chercheurs à l'origine de ce nouveau document ont fait une série de prédictions théoriques: lorsqu'un flux de gravitons frappe un flux de photons, ces photons devraient se diffuser. Et cette diffusion produirait un motif faible et prévisible - un motif que les physiciens pourraient amplifier et étudier en utilisant des techniques développées par des physiciens quantiques qui étudient la lumière.
Lier la physique du minuscule monde quantique à la physique à grande échelle de la gravité et de la relativité est un objectif des scientifiques depuis l'époque d'Albert Einstein. Mais même si la nouvelle approche suggérée pour étudier les ondes gravitationnelles utiliserait des méthodes quantiques, elle ne comblerait pas entièrement cet écart à petite échelle à grande échelle, a déclaré Banerjee.
"Ce serait toutefois un pas dans cette direction", a-t-il ajouté.
Sonder les interactions directes des gravitons pourrait cependant résoudre d'autres mystères profonds sur l'univers, a-t-il déclaré.
Dans leur article, les auteurs ont montré que la façon dont les diffuseurs de lumière dépendraient des propriétés physiques spécifiques des gravitons. Selon la théorie d'Einstein de la relativité générale, les gravitons sont sans masse et se déplacent à la vitesse de la lumière. Mais selon une collection de théories, connues sous le nom de «gravité massive», les gravitons ont une masse et se déplacent plus lentement que la vitesse de la lumière. Certains chercheurs pensent que ces idées pourraient résoudre des problèmes tels que l'énergie sombre et l'expansion de l'univers. Selon Banerjee, la détection des ondes gravitationnelles à l'aide de la diffusion des photons pourrait avoir pour effet secondaire de dire aux physiciens si la gravité massive est correcte.
Personne ne sait à quel point un détecteur photon-graviton de ce type serait sensible, a déclaré Banerjee. Cela dépendrait beaucoup des propriétés de conception finales du détecteur, et pour l'instant, aucune n'est en construction. Cependant, a-t-il dit, lui et ses deux co-auteurs espèrent que les expérimentateurs commenceront bientôt à en préparer un.
