Tester la relativité d’Einstein depuis l’espace grâce à la physique quantique

Bien que nous en expérimentions tous les jours les conséquences, depuis la chute tragique d’un téléphone sur le carrelage au mouvement des planètes autour du Soleil, la gravité demeure une force mystérieuse. Qui, du marteau ou de la plume, chutera le plus rapidement dans le vide ? Cette interrogation cache en réalité un principe ancien, formulé dès l’époque de Galilée, et devenu la pierre angulaire de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein : le principe d’équivalence. Les deux physiciens s’accordent : quelles que soient leur nature et leur masse, tous les corps chutent de manière identique !

Cependant, dans la quête de nouvelles théories pour appréhender notre univers, ce principe pourrait être remis en question. Le défi est lancé pour la physique expérimentale : tester ce principe avec une précision toujours accrue, en utilisant des objets de masses et de compositions variées. Le développement de technologies quantiques nous permet aujourd’hui d’imaginer un test de ce principe dans l’espace, à bord d’un satellite, en utilisant des nuages d’atomes refroidis à des températures proches du zéro absolu. L’expérience ICE sert de démonstrateur terrestre pour ces futures missions spatiales.

Le principe d’équivalence, de Galilée à Einstein

Au début du XVIIe siècle, le savant Galilée imagine la chute de deux corps de masse différente dans un milieu sans frottements. À son époque, l’idée prédominante voulait que les corps lourds soient plus attirés par la Terre que les corps légers. Cependant, il constate un paradoxe : si on relie ces deux corps par une cordelette, le corps plus lourd devrait accélérer la chute du corps plus léger. L’ensemble devrait donc chuter plus vite que le corps léger seul. On peut aussi supposer que le corps plus léger ralentisse la chute du deuxième, rendant ainsi le système plus lent. La chute serait donc à la fois accélérée et…