Les résultats finaux de la mission spatiale MICROSCOPE (MICROSatellite à traînée compensée pour l’observation du principe d’équivalence) du CNES – qui a fonctionné du 25 avril 2016 jusqu’à la désactivation du satellite le 16 octobre 2018 – montrent que les corps tombent dans le vide avec la même accélération quelle que soit leur composition ou leur masse, ce qui signifie que le principe d’équivalence reste inébranlable aujourd’hui, pour marquer une nouvelle victoire de la théorie de la relativité générale proposée par Albert Einstein il y a plus d’un siècle.
Une impression d’artiste du satellite MICROSCOPE. Crédit photo : CNES / David Ducros.
La relativité générale est la meilleure théorie de la gravité – elle postule qu’au lieu d’être une force de “traction”, l’action de la gravité est causée par de grands corps comme les planètes qui courbent l’espace-temps, faisant dévier vers eux les trajectoires d’objets plus petits.
Cependant, cette théorie n’est pas compatible avec la meilleure théorie des scientifiques sur le monde subatomique : la mécanique quantique. Les physiciens ont longtemps cherché une théorie universelle qui les relie.
Un certain nombre de ces théories candidates prédisent que le principe d’équivalence serait rompu lorsqu’il est mesuré de manière très précise, mais le MICROSCOPE a montré qu’il est extrêmement improbable que ce soit le cas.
Le principe d’équivalence dit que, lorsque deux objets sont lâchés dans le vide avec la même force de gravité, ils tombent à la même vitesse, quel que soit leur poids ou leur composition.
Ce principe a été démontré par l’astronaute David Scott de la mission Apollo 15, qui a laissé tomber un marteau et une plume sur la Lune et les a montrés atteignant le sol en même temps.
Cependant, le fait de laisser tomber des objets domestiques sur la surface lunaire ne permet pas d’effectuer des mesures très précises – il se pourrait qu’ils atteignent le sol à quelques fractions de seconde d’intervalle.
MICROSCOPE contenait deux paires de “masses d’essai” : des blocs de platine et de titane de poids différents dont les propriétés étaient mesurées avec une grande précision.
Ces masses sont isolées de toute autre influence, comme la température ou la friction atmosphérique, et sont surveillées pendant leur chute libre dans l’espace en orbite autour de la Terre.
Leur accélération due à la chute libre est ensuite mesurée avec une précision atomique et comparée pour tester le principe d’équivalence.
Si deux masses d’essai de taille égale mais de composition différente sont accélérées différemment pendant la chute libre, alors le principe d’équivalence est violé.
Ces mesures ont été effectuées sur 1 642 orbites autour de la Terre, soit sur 73 millions de km, ce qui équivaut à la moitié de la distance Terre-Soleil.
Le résultat a montré que si une déviation dans l’accélération des masses d’essai existe, elle est inférieure à 1 partie sur 10.15 – ou moins d’un dixième d’un trillionième de pour cent.
“Je me souviens avoir appris à l’école que Galilée avait fait tomber des masses de la tour penchée de Pise au 17e siècle, et j’ai assisté à l’expérience du marteau et de la plume en 1971 pendant l’un des alunissages”, a déclaré le professeur Timothy Sumner de l’Imperial College de Londres, membre de l’équipe MICROSCOPE.
“Le résultat de cette expérience apparemment simple cache une subtilité qui a dérouté les scientifiques pendant des siècles et qui a conduit Einstein à “adopter” l’universalité de la chute libre comme pierre angulaire de la relativité générale.”
“MICROSCOPE a été le pionnier de ce type d’expérience dans le calme de l’espace et a montré que deux masses lâchées en orbite autour de la Terre sont toujours ensemble à 100 millionièmes de mètre près après une ‘chute’ de 73 milliards de mètres, montrant ainsi que la pierre angulaire ne présente toujours pas de fissures visibles.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et le journal Gravité classique et quantique.
