Aux premiers instants après le Big Bang, l'Univers s'est dilaté plus vite que la lumière ne pouvait le parcourir. Cette poussée, que les physiciens appellent l'inflation, a étiré de minuscules fluctuations quantiques jusqu'à l'échelle des galaxies. On considère généralement qu'après un tel étirement, ces fluctuations perdent leur caractère quantique et deviennent ordinaires, comme des ondulations à la surface de l'eau. Pourtant, un nouveau travail propose un moyen de vérifier si un lien quantique, appelé intrication, n'y a pas survécu.

L'intrication ressemble à une paire de pièces qui tombent toujours sur des faces différentes, même si on les lance dans deux villes distinctes. Si l'une montre pile, l'autre montre face aussitôt, et ce n'est pas une coïncidence, mais un lien profond. Dans l'Univers primordial, de telles paires pouvaient naître des ondes gravitationnelles, ou plus précisément de leurs plus infimes portions, les gravitons. Le graviton est semblable au photon, mais il transporte non pas la lumière, mais la force de gravité. Chaque graviton possède une polarisation, c'est-à-dire une direction d'oscillation, comme une corde tendue.

Les auteurs de l'étude montrent qu'une telle paire intriquée laisse une trace dans la distribution de la matière, lorsque les gravitons interagissent avec les perturbations ordinaires de densité. Cette trace peut être recherchée dans la manière dont les galaxies s'alignent le long de filaments invisibles de matière noire. Pour distinguer une trace quantique d'une trace classique, on utilise l'inégalité de Bell, le célèbre test d'intrication. Si la grandeur mesurée dépasse une certaine limite, alors le lien était quantique.

L'horizon de l'Univers pendant l'inflation jouait le rôle d'un instrument de mesure. Il recueillait l'information sur le trajet suivi par chaque fluctuation, et détruisait par là même le lien quantique. Cela ressemble à la façon dont l'observation d'une particule dans un interféromètre fixe sa trajectoire et anéantit l'interférence. Mais même après cette destruction, la corrélation entre les polarisations subsiste, et on peut la calculer à partir de la forme de la fonction à quatre points, c'est-à-dire de la statistique de la position de quatre galaxies.

Aujourd'hui, cette trace peut être recherchée dans les données des relevés du ciel, tels qu'Euclid ou DESI. Si le signal est trouvé, ce sera la première preuve directe que la mécanique quantique opérait à l'échelle de tout l'Univers au moment de sa naissance. Une telle preuve n'existe pas encore, mais nous disposons désormais d'une recette concrète pour l'obtenir. Peut-être la réponse est-elle déjà cachée dans la distribution des galaxies, et il ne nous reste plus qu'à la lire correctement.