• Ingénierie: une nouvelle méthode pour mesurer la gravité, en utilisant des atomes de césium 'suspendus' dans un état quantique, a été mise au point!____¤201911

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Probing gravity by holding atoms for 20 seconds» ont été publiés dans la revue Science, a permis de mettre au point une nouvelle méthode pour mesurer la gravité, en utilisant des atomes de césium 'suspendus' dans un état quantique.

     

    Rappelons tout d'abord que «traditionnellement, la gravité terrestre est mesurée en observant la vitesse de chute des atomes à l'intérieur de tubes». Néanmoins, «ces longs tubes de plusieurs mètres de long sont difficiles à manipuler et des interférences telles que des champs magnétiques parasites peuvent perturber les mesures». La méthode révolutionnaire décrite dans l'étude ici présentée «s'affranchit de ces problèmes techniques en figeant les atomes dans une position stable plutôt que de les faire 'tomber'».

     

    Concrètement, dans un premier temps, un nuage d'atomes de césium a été lancé et des lasers ont été utilisés «pour séparer et faire 'flotter' chaque atome en état de superposition quantique». En fait, «dans cette configuration, chaque atome existe simultanément en deux endroits, une version 'planant' quelques micromètres au-dessus de l'autre».

     

    Comme cet effet quantique induit «que les électrons se comportent comme une onde stationnaire, à l'instar d'ondes lumineuses», en «raison des positions légèrement décalées dans le champ de gravitation terrestre, l'onde atomique de la version 'supérieure' du duo oscille avec un léger décalage de phase par rapport à sa contrepartie inférieure». Il en résulte qu'en mesurant, grâce à un interféromètre, «la vitesse à laquelle l'ondulation des deux versions se désynchronise», il est possible de «mesurer la gravité terrestre à cet endroit précis».

     

    Cette approche innovante, qui supprime «le 'bruit' dû aux interférences environnementales parasites» et effectue «des mesures dans un laps de temps beaucoup plus long (20 secondes)» («Pour obtenir ce laps de temps avec un tube, il faudrait que ce dernier mesure 500 mètres de long »), pourrait «permettre de construire des appareils portatifs, utilisables pour mesurer l’attraction terrestre en divers endroits ou identifier des dépôts de minéraux» ainsi que «la gravité de très petits objets, comme par exemple une bille en train de tomber».

     

    De plus, ce 'gravimètre atomique' pourrait «servir à étudier la matière noire et tester le principe d’équivalence d'Einstein, selon lequel tous les corps tombent de la même manière, c'est-à-dire avec la même accélération, dans un champ de gravité»: en effet, cette théorie étant «a priori incompatible avec celle de la mécanique quantique», de nombreuses théories candidates à leur unification «prévoient l'existence de nouveaux champs, dont l'une des manifestations serait une violation du principe d'équivalence».

     

     


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