Les ondes gravitationnelles laissent des traces dans les systèmes quantiques

Patrick Bardelli

18/4/2026

Traduction : traduction automatique

Les oscillations dans l'espace-temps ne se manifestent pas seulement dans les détecteurs géants d'ondes gravitationnelles. Elles semblent également affecter les champs quantiques.

Lorsque deux trous noirs fusionnent à plusieurs années-lumière de distance, la collision de ces objets massifs ébranle l'espace-temps. Sur Terre, ces ondes se font ressentir dans les bras de plusieurs kilomètres de long des détecteurs d'ondes gravitationnelles de haute précision LIGO et VIRGO. Mais il est possible que ce ne soit pas le seul : Comme l'ont montré les spécialistes du physicien Jerzy Paczos de l'Université de Stockholmdans un article paru sur «Physical Review Letters», les signaux cosmiques pourraient même laisser des traces dans les dimensions les plus infimes, à savoirdans les champs quantiques.

L'interaction entre les quanta et la gravité est difficile à étudier. Dans les domaines où les règles de la physique quantique s'appliquent, la gravité ne se fait guère sentir. Inversement, la physique quantique ne joue généralement qu'un rôle mineur dans les objets massifs de grande taille.

Les spécialistes cherchent depuis plus d'un siècle une théorie unifiée qui englobe les deux piliers de la physique , mais sans succès. Pour s'approcher d'une telle théorie de la gravité quantique, ils considèrent des champs quantiques dans un espace-temps courbe. De cette façon, ils peuvent au moins étudier comment un champ gravitationnel affecte les systèmes quantiques - l'effet inverse est ignoré.

Paczos et son équipe ont calculé comment les ondes gravitationnelles passantes affectent un système quantique. Pour ce faire, ils ont modélisé un atome unique qui passe d'un état excité à un état fondamental. Lors de cette émission dite spontanée, l'atome libère l'énergie excédentaire sous la forme d'un photon.

Selon les calculs, l'onde spatio-temporelle se fait sentir dans le spectre de la lumière émise. La modification périodique de l'espace-temps agit comme un moteur externe sur le processus d'émission. Ainsi, l'énergie des photons ne dépend plus seulement de l'énergie de transition atomique, mais aussi de l'angle d'émission par rapport à la direction de propagation de l'onde gravitationnelle. De plus, son motif caractéristique en forme de quadrupôle se reflète dans l'émission : perpendiculairement à la propagation de l'onde gravitationnelle, il existe des directions dans lesquelles le décalage de fréquence est plus ou moins important. Ce motif pourrait aider à distinguer cet effet d'autres perturbations extérieures.

Le nombre total de photons émis ne devrait pas changer. Cela signifie que l'onde gravitationnelle n'affecte pas l'état de l'atome, mais le champ quantique du système global. Celui-ci, à son tour, encode l'information dans le spectre d'émission. Ainsi, ce n'est pas l'atome individuel qui détecte l'onde gravitationnelle, mais le champ quantique dans son ensemble.

Paczos et son équipe expliquent dans leurs travaux que cet effet pourrait déjà être mis en évidence dans des expériences utilisant des atomes ultra-froids. Pour cela, il faudrait en refroidir des millions et les mesurer. Cela a déjà été fait par le passé. L'interaction entre les champs quantiques et l'espace-temps courbe pourrait ainsi être étudiée directement en laboratoire.

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Patrick Bardelli

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Ancien journaliste radio devenu fan de story telling. Coureur confirmé, adepte du gravel bike et débutant en haltères de toutes tailles. Quelle sera ma prochaine étape ?

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