Des équipes de recherche confirment un autre principe d’équivalence
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L’une des hypothèses les plus fondamentales de la physique fondamentale est que les différentes propriétés de la masse – poids, inertie et gravitation – restent toujours les mêmes les unes par rapport aux autres. Sans cette équivalence, la théorie de la relativité d’Einstein serait contredite et nos manuels de physique actuels devraient être réécrits. Bien que toutes les mesures à ce jour confirment le principe d’équivalence, la théorie quantique postule qu’il devrait y avoir une violation. Cette incohérence entre la théorie gravitationnelle d’Einstein et la théorie quantique moderne est la raison pour laquelle des tests toujours plus précis du principe d’équivalence sont particulièrement importants.
Une équipe du Centre de technologie spatiale appliquée et de microgravité (ZARM) de l’Université de Brême, en collaboration avec l’Institut de géodésie (IfE) de l’Université Leibniz de Hanovre, a maintenant réussi à prouver avec une précision 100 fois supérieure que la masse gravitationnelle passive et la masse active masse gravitationnelle sont toujours équivalentes – quelle que soit la composition particulière des masses respectives.
La recherche a été menée dans le cadre du Pôle d’Excellence “QuantumFrontiers”. Aujourd’hui, l’équipe a publié ses conclusions sous la forme d’un article phare dans la revue scientifique Lettres d’examen physique.
Contexte physique
La masse inertielle résiste à l’accélération. Par exemple, cela vous pousse à reculer dans votre siège lorsque la voiture démarre. La masse gravitationnelle passive réagit à la gravité et se traduit par notre poids sur Terre. La masse gravitationnelle active fait référence à la force de gravitation exercée par un objet, ou plus précisément, à la taille de son champ gravitationnel. L’équivalence de ces propriétés est fondamentale pour la relativité générale. Par conséquent, l’équivalence de la masse gravitationnelle inertielle et passive et l’équivalence de la masse gravitationnelle passive et active sont testées avec une précision croissante.
Sur quoi portait l’étude ?
Si nous supposons que les masses gravitationnelles passives et actives ne sont pas égales – que leur rapport dépend du matériau – alors des objets constitués de matériaux différents avec un centre de masse différent s’accéléreraient eux-mêmes. Puisque la Lune se compose d’une coque en aluminium et d’un noyau en fer, avec des centres de masse décalés l’un par rapport à l’autre, la Lune devrait accélérer. Ce changement hypothétique de vitesse pourrait être mesuré avec une grande précision, via “Lunar Laser Ranging”. Cela implique de pointer des lasers depuis la Terre vers des réflecteurs sur la Lune placés là par les missions Apollo et le programme soviétique Luna. Depuis, les temps de parcours aller-retour des faisceaux laser sont enregistrés. L’équipe de recherche a analysé les données “Lunar Laser Ranging” collectées sur une période de 50 ans, de 1970 à 2022, et a étudié ces effets de différence de masse. Puisqu’aucun effet n’a été trouvé, cela signifie que les masses gravitationnelles passives et actives sont égales à environ 14 décimales. Cette estimation est cent fois plus précise que la meilleure étude précédente, datant de 1986.
L’Institut de géodésie de LUH – l’un des quatre seuls centres au monde à analyser les mesures de distance laser à la Lune – possède une expertise unique dans l’évaluation des données, en particulier pour tester la relativité générale. Dans l’étude actuelle, l’institut a analysé les mesures de télémétrie laser lunaire, y compris l’analyse des erreurs et l’interprétation des résultats.
