Des signes des dimensions supplémentaires de l’Univers pourraient se cacher dans les ondes gravitationnelles

Dans un article publié dans la revue Journal de Cosmologie et de Physique des Astroparticules (preprint arXiv.org), des physiciens allemands étudient les effets dus aux dimensions supplémentaires de l’Univers – dont l’existence est un élément critique mais non encore prouvé de la théorie des cordes – sur les “ondulations” dans le tissu de l’espace et du temps appelées ondes gravitationnelles, et discutent de la possibilité d’observer ces effets.

Les ondes gravitationnelles observées par les détecteurs jumeaux de l'observatoire LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ont été produites pendant la dernière fraction de seconde de la fusion de deux trous noirs pour produire un trou noir unique, plus massif, en rotation. Crédit image : T. Pyle / LIGO.

Les ondes gravitationnelles observées par les détecteurs jumeaux du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ont été produites pendant la dernière fraction de seconde de la fusion de deux trous noirs pour produire un trou noir unique, plus massif, en rotation. Crédit image : T. Pyle / LIGO.

Les observations d’ondes gravitationnelles par LIGO en septembre et décembre 2015, et en janvier 2017, constituent des résultats expérimentaux impressionnants et des réalisations scientifiques révolutionnaires.

Elles fournissent aux physiciens un nouvel outil d’observation, leur permettant de sonder la nature et de tester les théories de manière totalement innovante.

“Il semble maintenant qu’avec ce nouvel outil, nous ne pourrons pas seulement repérer les trous noirs et d’autres objets astrophysiques exotiques, mais aussi comprendre la gravité elle-même”, a déclaré le Dr David Andriot, co-auteur de l’étude, de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle en Allemagne.

“Comparée aux autres forces fondamentales comme, par exemple, l’électromagnétisme, la gravité est extrêmement faible.”

“La raison de cette faiblesse pourrait être que la gravité interagit avec plus que les trois dimensions de l’espace et une dimension du temps qui font partie de notre expérience quotidienne.”

Les dimensions supplémentaires, qui sont cachées parce qu’elles sont très petites, sont une partie indispensable de la théorie des cordes, l’un des candidats prometteurs pour une théorie de la gravité quantique.

Une théorie de la gravité quantique, unifiant la mécanique quantique et la relativité générale, est recherchée afin de comprendre ce qui se passe lorsque de très grandes masses à très petites distances sont impliquées, par exemple à l’intérieur d’un trou noir ou lors du Big Bang.

“Les physiciens ont cherché des dimensions supplémentaires au Grand collisionneur de hadrons du CERN, mais jusqu’à présent, cette recherche n’a donné aucun résultat”, a déclaré le co-auteur Gustavo Lucena Gómez, également de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle.

“Mais les détecteurs d’ondes gravitationnelles pourraient être en mesure de fournir des preuves expérimentales”.

Selon l’équipe, les dimensions supplémentaires de l’Univers devraient avoir deux effets différents sur les ondes gravitationnelles : elles modifieraient les ondes gravitationnelles ” standard ” et provoqueraient des ondes supplémentaires à des fréquences élevées (supérieures à 1 000 Hz).

“Cependant, l’observation de ces dernières est peu probable car les détecteurs terrestres d’ondes gravitationnelles existants ne sont pas assez sensibles aux hautes fréquences”, précisent les auteurs.

“D’autre part, l’effet que les dimensions supplémentaires peuvent faire une différence dans la façon dont les ondes gravitationnelles ‘standard’ étirent et rétrécissent l’espace-temps pourrait être plus facile à détecter en utilisant plus d’un détecteur.”

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