Deux corps massifs figés dans une superposition quantique évoquent un couple de danseurs tentant de garder un rythme commun tandis qu'un orchestre joue autour d'eux. Chaque onde gravitationnelle est un musicien qui les fait sortir du tempo. Dans ces nouveaux travaux, des physiciens ont montré comment ce bruit détruit précisément la cohérence quantique — la capacité d'une particule à se trouver dans plusieurs états à la fois.
Le problème était que l'appareil mathématique standard ne permettait pas de séparer clairement le système de son environnement. Les chercheurs ont appliqué une transformation unitaire — une sorte de recalibrage des coordonnées — qui a permis à l'impulsion du système de ne dépendre que de ses propres observables. C'est comme si un chef d'orchestre avait réorganisé les musiciens pour que leur son n'empêche pas les danseurs de s'entendre.
Au final, ils ont obtenu l'équation maîtresse décrivant l'évolution du système quantique sous l'effet du bruit gravitationnel. Sa partie dissipative reproduit la perte d'énergie classique par émission d'ondes gravitationnelles, tandis que les contributions de bruit suppriment la cohérence entre les états ayant des moments quadripolaires de masse ou des distances propres différents.
Dans la limite des petites fluctuations quantiques autour de la distance moyenne, la dynamique se réduit à une équation de type Caldeira-Leggett avec un taux de décohérence proportionnel au carré de la longueur de base. Cela signifie que plus la distance entre les masses est grande, plus la superposition se détruit rapidement. Cette dépendance est une caractéristique de la nature tidale des ondes gravitationnelles et pourrait aider à distinguer la décohérence gravitationnelle d'autres sources de bruit.
Maintenant que les danseurs savent comment l'orchestre les fait sortir du rythme, ils peuvent mieux se préparer pour leur représentation. L'équation obtenue fournit des estimations quantitatives pour de futures expériences avec des systèmes quantiques massifs, comme les interféromètres. C'est un pas vers la compréhension de la façon dont la gravité interagit avec le monde quantique.
Le taux de décohérence est proportionnel au carré de la distance entre les masses. Cela signifie qu'augmenter la longueur de base d'un interféromètre non seulement augmente la sensibilité aux ondes gravitationnelles, mais accélère également la perte de cohérence quantique — une sorte de tribut à la taille.
L'idée que les ondes gravitationnelles puissent détruire les superpositions quantiques fait écho au concept de « mousse quantique » dans le roman de Greg Egan, « L'Échelle de Schild », où les fluctuations de l'espace-temps affectent les processus quantiques.