Avons-nous trouvé le Saint Graal de la Physique ?

Les neutrinos sont des particules très mystérieuses qui interagissent à peine avec la matière. Ils sont produits dans des processus hautement énergétiques tels que les explosions d’étoiles ou les collisions de rayons cosmiques.

Ces particules voyagent dans l’espace très près de la vitesse de la lumière, mais que se passerait-il s’il y avait quelque chose pour les ralentir ? C’est ce que suggère un groupe de physiciens qui ont analysé les données de l’Observatoire de neutrinos IceCube, situé au pôle Sud.

Les chercheurs, qui publient leurs résultats dans la revue Nature Astronomy, ont identifié sept neutrinos qui ont une forte probabilité de provenir de sursauts gamma, qui sont des événements très lumineux et énergétiques qui se produisent dans l’espace lointain.

Ces neutrinos ont été détectés avec jusqu’à trois jours de retard par rapport aux rayons gamma qui les accompagnaient, indiquant que quelque chose les a ralentis.

Que se passe-t-il?

Qu’est-ce que ce quelque chose pourrait être ? Les physiciens croient que c’est un effet de la gravité quantiqueconsidérée, métaphoriquement, comme le Saint Graal de la Physique car elle unifierait la mécanique quantique et la relativité générale.

Selon la relativité générale, l’espace-temps n’est pas continu, mais est constitué de minuscules « grains » ou « boucles » qui ne sont visibles qu’à de très petites échelles. Ces fluctuations de l’espace-temps affecteraient les particules se déplaçant très rapidement, comme les neutrinos, leur faisant perdre de l’énergie.

Cet effet serait très faible, mais il s’accumulerait sur les énormes distances parcourues par les neutrinos depuis leur source jusqu’à la Terre. Pour cette raison, il n’a pu être observé que dans des neutrinos très énergétiques provenant de sources très éloignées, comme les sursauts gamma.

Preuve indirecte ?

Si cette hypothèse était confirmée, ce serait une preuve indirecte de l’existence de la gravité quantique, ce que la physique théorique recherche depuis des décennies. De plus, cela pourrait avoir des implications pour une meilleure compréhension de la nature des neutrinos et de leur rôle dans l’univers.

Mais tout le monde n’est pas convaincu de la cohérence de l’interprétation proposée par la nouvelle recherche, met en garde Monde de la Physique.

Certains experts précisent que les neutrinos détectés sont de type « cascade », ce qui signifie que la direction d’où ils proviennent ne peut être déterminée avec précision. Il est donc difficile de l’associer aux sursauts gamma pour lesquels vous êtes apparemment en retard.

De plus, il existe d’autres explications possibles au retard des neutrinos, comme le fait qu’ils ont interagi avec d’autres particules ou champs sur leur chemin.

hypothèse ancienne

Il a longtemps été suggéré que certains aspects des données d’IceCube pourraient être des manifestations de lois de propagation des neutrinos modifiées par la gravité quantique, quelque chose que l’on enquête publié l’année dernière a été rejeté.

L’équipe d’auteurs de cette enquête précédente a analysé plus de sept ans de données et n’a trouvé aucun signe d’une structure modifiée de l’espace-temps imprimée dans les caractéristiques des neutrinos détectés par IceCube.

C’est pourquoi plus de données et plus d’analyses sont nécessaires pour confirmer ou écarter l’idée d’un freinage gravitationnel quantique, disent les scientifiques.

L’observatoire de neutrinos IceCube étend sa capacité à détecter plus de neutrinos avec une plus grande précision. D’autres projets sont également en cours pour étudier ces particules fantomatiques, comme le télescope à neutrinos KM3NeT en Méditerranée ou l’observatoire hydrophonique Baïkal-GVD sur le lac Baïkal qui pourraient confirmer ou infirmer cette éventuelle détection de la gravité quantique.

Vraiment exister?

Vérifier que la gravité quantique existe vraiment, telle que formulée par le physicien Abhay Ashtekar en 1986, est une chose de la plus haute importance, car elle nous permettrait de mieux comprendre comment l’univers est né.

Cependant, les perspectives de le tester directement restent faibles : il faudrait un accélérateur de particules de la taille de la Voie lactée pour le faire… ou accéder à l’intérieur d’un trou noir.

Face à ces voies inaccessibles, IceCube représente un raccourci viable, mais pas le seul, pour confirmer la présence de la gravité quantique dans l’univers grâce aux neutrinos astrophysiques, révélateurs potentiels de la gravité quantique.

IceCube est un détecteur de neutrinos à l’échelle du kilomètre cube intégré dans la calotte glaciaire au pôle Sud géographique. Achevé en décembre 2010, il est composé de plus de 5 000 modules numériques optiques suspendus dans un kilomètre cube de glace enfouis sous terre au pôle Sud.

neutrinos prometteurs

Les neutrinos sont les messagers cosmiques qui peuvent révéler des secrets sur l’univers et sur la physique fondamentale. Peut-être nous aideront-ils aussi à résoudre l’un des plus grands défis de la science : comment unir la mécanique quantique et la relativité générale.

Comme? Car, s’il y avait gravité quantique, nous aurions enfin trouvé le pont qui unit l’univers physique ordinaire à l’univers quantique. Parce que? Car la gravité, telle que nous la connaissons, disparaît dans le monde quantique, où les effets gravitationnels sont tout aussi importants que ceux quantiques, mais ils n’ont pas pu être mesurés.

Une théorie capable de décrire les deux mondes, ce que pourraient fournir les neutrinos, est ce que la physique poursuit depuis qu’Albert Einstein a publié la théorie générale de la relativité au début du siècle dernier (1915 et 1916). Les neutrinos pourraient être la clé pour y parvenir. Bien que nous ne sachions toujours pas si nous avons trouvé le Saint Graal de la nouvelle physique.

Référence

La gravité quantique pourrait-elle ralentir les neutrinos ? Giovanni Amelino-Camelia et al. Astronomie naturelle (2023). DOI : https://doi.org/10.1038/s41550-023-01993-z