Un diapason vibre sur une seule note tant que le tremblement du plancher ne l'atteint pas. Un photon dans l'espace vide ressemble à ce diapason : sa polarisation peut être strictement verticale ou horizontale, et c'est là un état quantique pur. Mais l'espace autour de nous n'est pas vide. Il est traversé par des ondes gravitationnelles, qui étirent et compriment tout ce qu'elles rencontrent sur leur passage. La décohérence, c'est exactement ce moment où le tremblement du plancher commence à faire dériver la note du diapason.

Dans les travaux précédents, ce processus était calculé pour un champ scalaire, c'est-à-dire pour un objet dépourvu de direction. Le photon est plus complexe : il possède une polarisation, et il faut veiller à ce que le calcul ne dépende pas de la façon dont on regarde le système. Les auteurs du nouvel article ont contourné cette difficulté en prenant le champ gravitationnel lui-même comme horloge. Ce procédé porte le nom d'horloges relationnelles, mais l'idée est simple : le temps n'est pas fixé par un observateur extérieur, il l'est par le déroulement même des événements.

Au final, on obtient une équation qui décrit comment le photon perd peu à peu sa pureté quantique. Elle ne contient aucune des simplifications que l'on fait d'ordinaire pour alléger le calcul : ni approximation markovienne, ni approximation d'onde tournante. Autrement dit, cette équation reste valable même lorsque le bruit gravitationnel varie rapidement.

Le bénéfice pratique ne se manifestera pas demain, mais il existe bel et bien. Si l'on parvient à mesurer comment le fond gravitationnel efface la pureté quantique d'un photon unique, ce sera un test des idées de la gravité quantique. En attendant, le modèle nous rappelle une chose : même dans la pièce la plus vide, le plancher tremble toujours un peu.