L’attraction gravitationnelle d’un demi-grain de sable mesurée lors d’une percée en physique

attraction gravitationnelle
Crédits : the-lightwriter/istock

Les chercheurs ont réalisé la première mesure de l’attraction gravitationnelle sur une particule d’une masse inférieure à la moitié de celle d’un grain de sable. Cette avancée, offrant la mesure la plus précise de ce type, ouvre la voie à des explorations plus approfondies dans le domaine quantique et vers la recherche d’une éventuelle théorie du tout.

Qu’est-ce que la gravité ?

La gravité est une force fondamentale de l’univers qui se manifeste par l’attraction mutuelle entre des objets dotés de masse. Selon la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, la gravité n’est pas simplement une force à distance, mais plutôt une courbure de l’espace-temps provoquée par la masse.

Imaginons l’espace-temps comme une toile tendue. La présence de masse, comme une étoile, crée une courbure. Tout objet à proximité, comme une planète, suit alors naturellement cette courbure, se déplaçant dans la trajectoire que nous percevons comme une orbite.

La masse d’un objet détermine également l’intensité de cette courbure, influençant ainsi la force gravitationnelle qu’il exerce sur les autres objets. Plus elle est importante, plus la courbure de l’espace-temps est prononcée, et donc plus forte est la gravité. C’est cette interaction entre la masse et la courbure de l’espace-temps qui crée la force gravitationnelle que nous observons.

Cela étant dit, malgré notre compréhension générale de ses effets, la gravité reste la force la moins comprise parmi les quatre forces fondamentales de l’univers. Alors que les trois autres (électromagnétisme, forces nucléaires fortes et faibles) sont bien intégrées dans le modèle standard de la physique des particules, la gravité résiste en effet à une explication quantique cohérente.

Trouver un moyen d’unifier la gravité avec les autres forces demeure ainsi un défi majeur de la physique contemporaine, et c’est pourquoi elle est souvent considérée comme la force la moins comprise.

attraction gravitationnelle gravité
Gravité et théorie générale du concept de la relativité. Terre et soleil sur l’espace-temps distordu. Crédits : vchal/istock

Nouvelle percée

Si une théorie quantique de la gravité existe, elle laissera probablement des indices perceptibles à des échelles extrêmement petites, notamment dans les interactions gravitationnelles entre atomes et particules. Cependant, ces minuscules interactions sont généralement submergées par l’influence gravitationnelle colossale de la Terre.

Dans le cadre de récents travaux, des chercheurs ont cependant mis au point une expérience novatrice conçue justement pour neutraliser cette attraction gravitationnelle de la Terre et mettre en lumière les interactions gravitationnelles entre de petits objets.

Cette méthode astucieuse implique la lévitation d’une particule magnétique dans un piège supraconducteur, la préservant ainsi des influences extérieures telles que l’électromagnétisme, la chaleur et les vibrations. Ils ont ensuite soumis une masse de 2,4 kg à une rotation autour d’une roue pour observer les éventuels mouvements de la particule.

Les résultats de l’expérience ont révélé une attraction gravitationnelle minime, mesurant seulement 30 attonewtons (aN). Elle agissait sur la particule aux moments où la masse la plus importante était la plus proche d’elle.

Il est important de noter que la masse de la particule était extrêmement réduite, atteignant seulement 0,43 milligramme, ce qui a permis d’établir un nouveau record pour la plus petite masse pour laquelle la gravité a été mesurée. En comparaison, le précédent record était de 90 milligrammes, ce qui représente environ la masse d’une coccinelle.

Cette mesure infiniment petite représente une avancée significative vers l’exploration du domaine quantique. En réussissant à mesurer la gravité sur des objets aussi minuscules, les scientifiques se rapprochent en effet de l’intégration de cette force mystérieuse dans nos modèles universels, ouvrant ainsi la voie à une véritable théorie du tout.

Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Science Advances.