La théorie de la relativité peut être utilisée pour expliquer des événements à l'échelle cosmique tels que les ondes gravitationnelles qui se produisent lorsque des trous noirs entrent en collision. La théorie quantique fonctionne bien pour décrire les phénomènes à l'échelle des particules, tels que le mouvement des électrons individuels dans un atome. Cependant, il n'a pas encore été possible de combiner les deux de manière totalement satisfaisante. La recherche d'une "théorie quantique de la gravité" est l'un des problèmes importants que la science n'a toujours pas résolus.
C'est parce que ce domaine est assez complexe mathématiquement. Il est également difficile de mener des expériences appropriées. Parce qu'il est nécessaire de créer des situations où à la fois les phénomènes de la théorie de la relativité (par exemple, l'espace-temps plié par des masses lourdes) et les effets quantiques (par exemple, la double nature de la lumière dans laquelle elle a des propriétés de particules et d'ondes) sont important.
ESPACE-TEMPS COURBÉ DANS UN SIMULATEUR QUANTIQUE
Une nouvelle méthode a été développée à cette fin à la TU Wien à Vienne, en Autriche. Un "simulateur quantique" est utilisé pour former la base de telles questions. Au lieu d'étudier directement le système connexe, à savoir les particules quantiques dans l'espace-temps courbe, un "système modèle" est créé et des informations sur le système connexe peuvent être obtenues par analogie. Les chercheurs viennent de montrer que ce simulateur quantique fonctionne parfaitement. Université de Crète, Université de technologie de Nanyang et
Des physiciens de la FU Berlin ont publié les résultats de cette collaboration internationale dans les Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis (PNAS).
Obtenir des informations d'un système sur un autre système
Le principe de base du simulateur quantique est clair : de nombreux systèmes physiques sont similaires les uns aux autres. A un niveau plus profond, ces systèmes peuvent obéir aux mêmes lois et équations. Il pourrait s'agir de types de particules complètement différents ou de systèmes physiques d'échelles différentes qui, à première vue, n'ont pas grand-chose à voir les uns avec les autres. Ainsi, il est garanti que l'on peut en apprendre davantage sur un autre système en examinant un autre système.
Professeur à l'Institut atomique de la TU Wien. "Nous prenons un système quantique dans des expériences que nous savons que nous pouvons très bien contrôler et régler", a déclaré Jörg Schmiedmayer. dit. "Dans notre cas, ce sont des nuages atomiques ultrafroids qui sont retenus et manipulés par une puce atomique avec des champs électromagnétiques." il ajoute. Supposons que ces nuages atomiques soient correctement réglés afin que leurs propriétés puissent être traduites dans un autre système quantique. Dans ce cas, des informations sur un autre système peuvent être obtenues à partir de la mesure d'un système de modèle de nuage atomique. Par exemple, information sur l'oscillation d'un pendule à partir de l'oscillation d'une masse attachée à un ressort métallique : Ces deux systèmes sont distincts. L'un des systèmes physiques peut être transformé en un autre.
effet de lentille gravitationnelle
"Nous avons maintenant pu démontrer que nous pouvons générer des effets qui peuvent être utilisés pour simuler la courbure de l'espace-temps de cette manière", a déclaré Mohammadamin Tajik du Centre de Vienne pour la science et la technologie quantiques (VCQ) - TU Wien. dit. La lumière se propage dans l'espace le long du soi-disant « cône de lumière ». Elle est égale à la vitesse de la lumière. Autrement dit, la lumière parcourt la même distance dans toutes les directions à des intervalles de temps égaux. Mais ces cônes de lumière se plient lorsque la lumière est affectée par des masses lourdes, comme la gravité du soleil. Les trajets lumineux dans les espaces-temps courbes ne sont pas exactement rectilignes. C'est ce qu'on appelle "l'effet de lentille gravitationnelle".
Les nuages atomiques peuvent maintenant montrer la même chose. Au lieu de la vitesse de la lumière, la vitesse du son est étudiée. "Nous avons maintenant un système où il y a un effet qui correspond à la courbure de l'espace-temps ou à la lentille gravitationnelle", a déclaré Mohammadamin Tajik. Mais il existe aussi un système quantique que vous pouvez décrire avec les théories quantiques des champs. dit. "Avec cela, nous disposons d'un outil entièrement nouveau pour étudier le lien entre la relativité et la théorie quantique."
Un système modèle pour la gravité quantique
Des expériences ont montré que la forme des cônes de lumière, les effets de lentille, les réflexions et d'autres phénomènes peuvent être représentés dans les nuages atomiques exactement comme on pourrait s'y attendre dans les systèmes cosmiques relativistes. Il n'est pas seulement intéressant de générer de nouvelles données pour la recherche théorique fondamentale. Dans le même temps, la physique du solide et la recherche de nouveaux matériaux sont confrontées à des questions de nature similaire et peuvent apporter des solutions grâce à de telles expériences.
Jorg Schmiedmayer. « Nous voulons contrôler ces nuages atomiques pour identifier des données plus larges. Les interactions entre les particules peuvent encore être manipulées de manière très ciblée. elle dit. De cette manière, le simulateur quantique peut reconstruire des états physiques trop complexes pour être calculés même par des supercalculateurs.
Ainsi, le simulateur quantique ; il devient une nouvelle source d'information pour la recherche quantique comme les expériences directes, les calculs théoriques et les simulations informatiques. En étudiant les nuages atomiques, l'équipe de recherche espère rencontrer de nouveaux phénomènes, jusqu'alors totalement inconnus, mais se produisant également à l'échelle cosmique. Ces phénomènes n'auraient peut-être jamais été découverts sans l'aide de minuscules particules.
Source : Bridging Quantum Theory and Relativity : Curved Spacetime in a Quantum Simulator (scitechdaily.com)
Compilé par : Esra Tasci
📩 21/05/2023 23:01