La gravité attire. Tous ceux qui ont fait tomber une tasse le savent. Mais dans le monde quantique, où une particule peut se trouver à plusieurs endroits à la fois, même cette vérité se fissure. Des physiciens ont proposé une expérience dans laquelle une source de gravité, étalée sur deux trajectoires, force une masse d'épreuve à s'éloigner après une mesure astucieuse. Un chef d'orchestre invisible qui ferait jouer l'ensemble à l'envers : voilà comment on peut décrire cet effet.

Le schéma de l'expérience est élégant. Deux nanocristaux, l'un mille fois plus lourd que l'autre, sont séparés par une distance de 20 micromètres (un cinquième de l'épaisseur d'un cheveu humain). La source lourde traverse un interféromètre de Stern et Gerlach, un appareil qui sépare les trajectoires des particules selon leur spin, et se retrouve dans une superposition quantique : elle est à la fois plus proche et plus loin de la masse d'épreuve. Ensuite, la source est soumise à une post-sélection, c'est-à-dire qu'on trie les événements selon le résultat d'une mesure ultérieure. On choisit un résultat rare, pour lequel la valeur faible de la projection sur la trajectoire proche devient anormalement grande et négative : la particule semble se trouver là où elle est « moins que rien ». C'est précisément cet effet paradoxal qui change le signe de l'impulsion gravitationnelle.

La probabilité d'un tel résultat est faible : seulement 2,5×10⁻⁵ par tentative. Mais le gain est énorme. La masse d'épreuve reçoit une impulsion dirigée à l'opposé de la source et, en 10 secondes, se déplace de 1 angström, soit la taille d'un atome. Pour saisir un événement de répulsion, il faudra environ 4×10⁷ répétitions de l'expérience. Ces chiffres font peur, mais les techniques actuelles de lévitation de nanoparticules et de mesures de précision s'approchent déjà de tels seuils.

Jusqu'ici, on cherchait la quanticité de la gravité par l'intrication : si deux corps massifs échangent des gravitons, leurs états doivent s'intriquer. Ici, c'est une autre voie. Pas besoin de créer un état intriqué entre les masses : l'interférence des amplitudes dans la source elle-même suffit. La réussite de l'expérience serait une preuve directe que le champ gravitationnel peut se trouver dans une superposition d'états, et donc que l'espace-temps obéit aux lois de la mécanique quantique. C'est un pas vers la résolution de l'une des grandes énigmes de la physique : comment concilier la relativité générale et la théorie quantique.

Le chef d'orchestre invisible qui fait jouer l'ensemble à l'envers, voilà une métaphore qui prend désormais corps. Si l'expérience réussit, nous verrons pour la première fois la nature quantique de la gravité se manifester non pas dans des équations, mais dans le mouvement de particules réelles. Et alors, peut-être, deviendra-t-il clair pourquoi notre monde classique, avec son attraction implacable, n'est qu'une des facettes de la réalité quantique.