Par Pesach Benson et Omer Novoselsky • 3 septembre 2026
Jérusalem, 3 septembre 2026 (TPS-IL) — Depuis plus d’un siècle, la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein et la mécanique quantique ont chacune passé d’innombrables tests, mais les physiciens peinent à réconcilier les deux. Désormais, des scientifiques en Israël et à l’étranger ont franchi une nouvelle étape vers la compréhension de leur interaction en mesurant directement comment la gravité modifie un objet quantique lors de sa chute.
Ces découvertes pourraient à terme contribuer à des capteurs quantiques plus sensibles pour mesurer la gravité et l’accélération, avec des applications potentielles dans l’arpentage, la cartographie géologique et la navigation sans dépendre du GPS.
L’avancée ne réside pas simplement dans le fait que des scientifiques ont mesuré la gravité à l’aide d’atomes quantiques ; de telles expériences ont déjà été réalisées. Au lieu de cela, les chercheurs ont directement mesuré un changement spécifique dans la « phase » d’une onde quantique lorsqu’un atome tombait librement sous l’effet de la gravité – un effet prédit par le principe d’équivalence d’Einstein.
L’expérience a été dirigée par l’Université Ben-Gourion du Néguev, l’Université d’Ulm et l’Université d’Oxford, avec le physicien lauréat du prix Nobel Sir Roger Penrose parmi les chercheurs impliqués. Elle a été publiée dans la revue à comité de lecture Science Advances.
« La mécanique quantique nous dit qu’une particule est aussi une onde », a déclaré le professeur Ron Folman de l’Institut Ilse Katz pour la science et la technologie à l’échelle nanométrique de l’Université Ben-Gourion à The Press Service of Israel. « Les ondes, qu’il s’agisse d’ondes marines, d’ondes sonores, d’ondes lumineuses ou d’ondes quantiques, possèdent une caractéristique appelée phase. »
« Si les gens mesurent l’accélération des objets en chute libre depuis Galilée, personne n’a jamais mesuré les caractéristiques quantiques d’un objet quantique en chute libre, et spécifiquement, comment sa phase change en raison de la chute libre », a-t-il dit.
Un atome en chute, deux chemins
Le principe d’équivalence, une pierre angulaire de la relativité générale, stipule que les effets de la gravité peuvent disparaître localement pour un observateur en chute libre – une personne tombant librement dans un ascenseur, par exemple, ressentirait une impesanteur. Le principe a été testé avec de la matière ordinaire avec une précision extraordinaire. Mais les objets quantiques peuvent se comporter comme des ondes et peuvent effectivement suivre deux chemins à la fois.
« Dans notre expérience, nous avons utilisé cette règle pour placer un atome à deux endroits et sur deux trajectoires simultanément. Sur une trajectoire, il tombait librement et sur l’autre, il était statique par rapport à la Terre, cette dernière servant de référence », a expliqué Folman.
Les chercheurs ont refroidi des nuages d’atomes de rubidium à des températures juste au-dessus du zéro absolu et les ont manipulés près d’une puce atomique spécialement conçue. Des champs magnétiques ont maintenu une partie de l’onde atomique immobile tandis que l’autre était autorisée à tomber librement. Les deux parties ont ensuite été réunies, et leurs ondes sont entrées en interférence, permettant aux chercheurs de mesurer la minuscule différence de phase quantique qui s’était accumulée entre les portions tombante et statique. Le déphasage mesuré correspondait à la valeur prédite par le principe d’équivalence d’Einstein pour un objet quantique.
Folman a déclaré que l’expérience est significative car les scientifiques manquent toujours d’une théorie expliquant comment la gravité et la mécanique quantique fonctionnent ensemble. « Les deux ont prouvé leur efficacité, mais les scientifiques n’ont jamais pu formuler une théorie décrivant comment les deux fonctionnent ensemble dans le même univers », a-t-il déclaré à TPS-IL.
L’expérience ne démontre pas que la gravité elle-même est quantique, ni n’établit une théorie unifiée de la gravité et de la mécanique quantique. Au lieu de cela, elle démontre que, dans les conditions testées, le principe d’équivalence d’Einstein est compatible avec la superposition quantique. Elle ne teste pas non plus la proposition de Penrose selon laquelle la mécanique quantique pourrait se dégrader pour des objets suffisamment massifs maintenus en superposition quantique pendant une durée prolongée.
Vers une nouvelle physique
Cependant, les chercheurs espèrent utiliser cette technique avec des objets beaucoup plus lourds. « Notre expérience a ouvert la porte à de futures expériences plus élaborées pour tester l’interface entre les deux théories », a déclaré Folman à TPS.
L’équipe développe déjà une expérience utilisant un nanodiamant au lieu d’un atome. Un objet suffisamment massif placé dans une superposition quantique pourrait permettre aux chercheurs d’explorer si la mécanique quantique et la gravité se comportent différemment à une échelle où leur interaction devient plus prononcée. « Une fois qu’il sera placé en superposition, il créera une superposition de l’espace-temps lui-même, et c’est là que nous pourrions voir une physique complètement nouvelle », a déclaré Folman.
Si elles réussissent, de telles expériences pourraient offrir de nouvelles façons d’étudier la relation non résolue entre la mécanique quantique et la gravité. Les chercheurs voient également un potentiel à plus long terme pour les techniques sous-jacentes dans les capteurs quantiques capables de mesures extrêmement précises de la gravité et de l’accélération, y compris des utilisations dans l’arpentage, la cartographie géologique et la navigation où les signaux GPS sont indisponibles.