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La relativité générale d’Einstein, démontrée à l’échelle du millimètre

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Marrakech, 16 févr. (Maroc-Actu) –

Un groupe de physiciens a réussi à mesurer la dilatation du temps, ou comment le tic-tac d’une horloge atomique varie avec l’altitude à l’échelle du millimètre.dans un nuage d’atomes de strontium.

C’est la démonstration de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, ou plus précisément, l’effet appelé dilatation du temps, à la plus petite échelle jamais vue : un seul millimètre.

L’expérience, décrite dans l’édition du 17 février de Naturesuggère comment fabriquer des horloges atomiques 50 fois plus précises que les meilleures conceptions actuelles et offre une voie pour peut-être révéler comment la relativité et la gravité interagissent avec la mécanique quantique, un dilemme majeur en physique.

Les recherches ont été menées au JILA, géré conjointement par le NIST (National Institute of Standards and Technology) et l’Université du Colorado Boulder.

« Le résultat le plus important et le plus passionnant est que nous pouvons potentiellement relier la physique quantique à la gravité, par exemple, en sondant la physique complexe lorsque les particules sont distribuées à différents endroits dans un espace-temps courbé », a déclaré la commissaire européenne à l’environnement et au développement durable. dans une déclaration Jun Ye, membre du NIST/JILA. « Pour le chronométrage, cela montre aussi que il n’y a aucun obstacle à la fabrication d’horloges 50 fois plus précises que les horloges actuelles, ce qui est une nouvelle fantastique.

La théorie de la relativité générale d’Einstein (1915) explique les effets à grande échelle, tels que l’effet gravitationnel du temps, et a d’importantes applications pratiques, comme la correction des mesures des satellites GPS. Bien que la théorie ait plus d’un siècle, les physiciens sont toujours fascinés par elle. Les scientifiques du NIST ont utilisé des horloges atomiques comme capteurs pour mesurer la relativité avec plus de précision, ce qui pourrait enfin permettre d’expliquer comment ses effets interagissent avec la mécanique quantique, le livre de règles du monde subatomique..

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Selon la relativité générale, les horloges atomiques situées à différentes hauteurs dans un champ gravitationnel fonctionnent à des rythmes différents. La fréquence du rayonnement des atomes est réduite, décalée vers l’extrémité rouge du spectre électromagnétique, lorsqu’elle est observée dans une gravité plus forte, plus près de la Terre. C’est-à-dire qu’une horloge se déplace plus lentement à basse altitude. Cet effet a été démontré à plusieurs reprises ; par exemple, Les physiciens du NIST l’ont mesurée en 2010 en comparant deux horloges atomiques indépendantes, l’une placée 33 centimètres au-dessus de l’autre.

Les chercheurs du JILA ont maintenant mesuré les décalages de fréquence entre le haut et le bas d’un échantillon unique d’environ 100 000 atomes de strontium ultrafroids chargés dans un réseau optique, une installation de laboratoire similaire aux précédentes horloges atomiques du groupe. Dans ce nouveau cas, le réseau, qui peut être visualisé comme une pile de couches créées par des faisceaux laser, présente des couches exceptionnellement grandes, plates et fines, et sont formés par une lumière moins intense que celle qui est normalement utilisée.

Cette conception réduit les distorsions du réseau normalement causées par la diffusion de la lumière et des atomes, homogénéise l’échantillon et étale les ondes de matière des atomes, dont les formes indiquent la probabilité de trouver les atomes à certains endroits. Les états énergétiques des atomes sont si bien contrôlés qu’ils ont tous oscillé entre deux niveaux d’énergie à l’unisson pendant 37 secondes, un record pour ce qu’on appelle la cohérence quantique.

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L’innovation du groupe Ye en matière d’imagerie, qui a permis d’obtenir une carte microscopique des distributions de fréquences dans l’échantillon, et sa méthode de comparaison de deux régions d’un nuage d’atomes au lieu de l’approche traditionnelle consistant à utiliser deux horloges distinctes, ont été déterminantes pour ces nouveaux résultats.

Le décalage vers le rouge mesuré à travers le nuage d’atomes était faible, de l’ordre de 0,000000000000000000000000001, ce qui est conforme aux prédictions. (Bien qu’elles soient trop petites pour que les humains les perçoivent directement, les différences s’additionnent pour produire des effets importants dans l’univers et dans des technologies telles que le GPS). L’équipe de recherche a résolu cette différence rapidement pour ce type d’expérience, en environ 30 minutes de données moyennes. Après 90 heures de données, la précision de leurs mesures était 50 fois supérieure à celle de toutes les comparaisons d’horloges précédentes.

Ye suggère que les horloges atomiques peuvent servir de microscopes pour voir les liens minuscules entre la mécanique quantique et la gravité. et comme des télescopes pour scruter les coins les plus profonds de l’univers.

Elle utilise les horloges pour rechercher la mystérieuse matière noire, qui constituerait la majeure partie de la matière de l’univers. Les horloges atomiques sont également sur le point d’améliorer les modèles et la compréhension de la forme de la Terre grâce à l’application de la technologie de l’information. une science de la mesure appelée géodésie relativiste.

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