Des scientifiques de l’Institut de physique des hautes énergies (IHEP) de l’Académie chinoise des sciences ont proposé une méthode innovante pour réaliser la détection des ondes gravitationnelles en utilisant la résonance Mössbauer. Leurs découvertes, récemment publiées publié dans Bulletin scientifiquemettent en évidence une nouvelle approche qui pourrait révolutionner l’étude des ondes gravitationnelles.
Analogue à la sensibilité des yeux de grenouille au mouvement, le tout nouveau dispositif stationnaire Mössbauer est particulièrement adapté aux décalages énergétiques variant dans le temps causés par les vibrations de l’espace-temps, et permet la reconstruction de la direction et de la polarisation des ondes gravitationnelles.
L’effet Mössbauer, qui implique l’émission et l’absorption sans recul de photons X par des noyaux liés dans un réseau, a été une découverte clé reconnue par le prix Nobel de physique en 1961. Connu pour sa précision exceptionnelle, cet effet a été utilisé pour la première fois pour tester le décalage vers le rouge gravitationnel dans la célèbre expérience de la tour de Harvard et a depuis été largement appliqué dans les sciences des matériaux et de la chimie, ainsi que dans le développement de la spectroscopie Mössbauer.
Dans cette dernière proposition, les scientifiques de l’IHEP explorent le potentiel d’un système Mössbauer stationnaire, où les décalages de fréquence gravitationnelle causés par les variations de hauteur pourraient remplacer le décalage Doppler traditionnel utilisé dans la spectrométrie différentielle Mössbauer. Pour des isotopes comme 109Ag, qui possèdent une largeur de raie relative extrêmement étroite de 10-22, cette méthode permet la localisation spatiale de la résonance Mössbauer avec une précision de 10 microns.
« Nous avons réalisé que le champ gravitationnel local est un excellent indicateur d’étalonnage de l’énergie en cas de déplacement gravitationnel », ont déclaré le professeur Yu Gao et le professeur Huaqiao Zhang (IHEP). L’idée est née lors d’une discussion sur la question de savoir si les systèmes nucléaires peuvent sonder le déplacement de l’énergie des photons dans un contexte d’ondes gravitationnelles.
Lors de leur passage, les ondes gravitationnelles provoquent des fluctuations d’énergie dans les photons Mössbauer. Sous l’influence du champ gravitationnel local, ces fluctuations entraînent des déplacements verticaux du point de résonance. Selon les calculs de l’équipe, avec une résolution spatiale suffisante, le dispositif pourrait atteindre une sensibilité remarquable aux ondes gravitationnelles.
« La spectroscopie Mössbauer, avec sa précision inégalée, est devenue un outil précieux dans de nombreux domaines de recherche », a déclaré le professeur Wei Xu de l’IHEP. « En intégrant ce nouveau scénario de détection, nous souhaitons concrétiser ce concept dans un environnement de laboratoire moderne. »
Les détecteurs modernes à haute énergie, avec leur résolution spatiale et temporelle supérieure, permettent de surveiller en temps réel la résonance Mössbauer. L’article propose une nouvelle configuration dans laquelle les détecteurs sont disposés dans une configuration circulaire autour d’une source d’argent activée, améliorant la sensibilité non seulement à la force des ondes gravitationnelles mais aussi à leur direction de propagation et à leur angle de polarisation.
Plus d’informations :
Yu Gao et al, Un schéma Mössbauer pour sonder les ondes gravitationnelles, Bulletin scientifique (2024). DOI : 10.1016/j.scib.2024.07.038