En confirmation d'Einstein, des scientifiques découvrent que la ‘mousse spatio-temporelle’ ne ralentit pas les photons de sursauts gamma lointains

Cent ans après qu'Albert Einstein a formulé la théorie de la relativité, une équipe internationale en a proposé une autre preuve expérimentale. Dans un article publié aujourd'hui dans Nature Physics, des chercheurs de l'Université hébraïque, de l'Université ouverte d'Israël, de l'université Sapienza de Rome et de l'université de Montpellier décrivent une preuve de l'une des hypothèses de base de cette théorie : l'idée selon laquelle toutes les particules lumineuses, ou photons, se propagent exactement à la même vitesse.

Les chercheurs ont analysé des données, obtenues grâce au télescope spatial Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA et relatives aux moments d’arrivée de photons provenant d'un sursaut de rayons gamma lointain. Les données démontrent que des photons qui ont voyagé pendant des milliards d'années entre le sursaut éloigné et la Terre arrivent tous en l'espace d'une fraction de seconde.

Ce résultat indique que les photons se sont tous déplacés à la même vitesse, même si des photons différents avaient des niveaux d'énergie différents. Il s'agit d'une des meilleures mesures jamais faites de l'indépendance de la vitesse de la lumière vis-à-vis de l'énergie des particules lumineuses.

En plus de confirmer la théorie générale de la relativité, cette observation infirme une idée intéressante permettant d’unifier la relativité générale et la théorie quantique. Bien que ces deux théories soient les piliers de la physique actuelle, elles restent incohérentes et il existe une contradiction intrinsèque entre les deux, fondée en partie sur le principe d’incertitude de Heisenberg qui est au cœur de la théorie quantique.

Parmi les tentatives visant à concilier les deux théories, on trouve l’idée de la « mousse spatio-temporelle. » Selon ce concept, à l’échelle microscopique, l’espace n’est pas continu ; il a plutôt une structure en mousse. La taille des éléments de cette mousse est si minuscule qu’elle est difficile à imaginer et elle reste actuellement impossible à mesurer directement. Néanmoins, les particules lumineuses qui voyagent dans cette mousse seront affectées par sa structure et par conséquent, elles se propageront à des vitesses légèrement différentes en fonction de leur énergie.

Cette expérience démontre toutefois le contraire. Le fait que tous les photons, à des niveaux d’énergie différents, arrivent sans décalage temporel les uns par rapport aux autres indique qu’une telle structure mousseuse, quand bien même elle existe, a une taille bien plus faible que l’on croyait auparavant.

« Quand nous avons commencé notre analyse, nous ne nous attendions pas à obtenir une mesure aussi précise, » dit le Pr Tsvi Piran, titulaire de la chaire Schwartzmann à l’Institut de physique Racah de l’Université hébraïque et l’un des responsables de ces recherches. « Cette nouvelle limite se situe au niveau prévu par les théories de la gravité quantique et peut nous orienter sur la manière de combiner la théorie quantique et la relativité. »

L’article de recherche ‘A Planck-scale limit on spacetime fuzziness and stochastic Lorentz invariance violation,’ est publié sur le site Internet de Nature Physics (DOI 10.1038/nphys3270).

Ces recherches ont été soutenues par une bourse ERC advanced grant ; les centres israéliens I-CORE (Israeli Centers Of Research Excellence) ; l’Agence spatiale israélienne; le programme conjoint de l’Israel Science Foundation (ISF) et de la Natural Science Foundation of China (NSFC) et la fondation Templeton.

Albert Einstein était un des fondateurs de l’Université hébraïque. Il a légué ses écrits, son patrimoine intellectuel et ses droits à l’image à l’Université.