Techniques expérimentales utilisant des systèmes quantiques comme les atomes ou les photons pour tester les effets gravitationnels et les principes d'équivalence.Les sondes de gravité quantique sont des dispositifs expérimentaux qui utilisent des systèmes quantiques — tels que des atomes, des photons, ou même des superpositions macroscopiques — pour tester comment la gravité se comporte à l'échelle quantique. Alors que la gravité est bien décrite par la relativité générale pour les objets de grande taille, son interaction avec les particules quantiques reste un territoire inexploré. La question centrale est de savoir si le principe d'équivalence — l'idée que tous les objets tombent de la même manière indépendamment de leur composition — s'applique aux superpositions quantiques, et si la gravité elle-même doit être quantifiée. Ces sondes visent à détecter les premières déviations par rapport à la gravité classique qui signaleraient une théorie quantique plus profonde.
L'idée de tester la gravité avec des systèmes quantiques remonte aux années 1970, avec les premières expériences d'interférométrie atomique dans les années 1990. Le concept d'utiliser l'intrication pour sonder la gravité quantique a été proposé dans les années 2010, et les expériences actuelles atteignent tout juste les sensibilités requises.
Une sonde typique implique des atomes dans un état de superposition, où un seul atome existe en deux endroits à la fois. En laissant ces deux « branches » évoluer sous l'effet de la gravité puis en les recombinant, les physiciens peuvent mesurer de minuscules déphasages causés par les différences de potentiel gravitationnel — c'est le principe de l'interférométrie atomique. Des propositions plus ambitieuses impliquent de créer de l'intrication entre deux masses uniquement par interaction gravitationnelle, ce qui prouverait que la gravité est quantique. D'autres approches utilisent des photons : envoyer de la lumière à travers un champ gravitationnel et rechercher des corrélations quantiques, ou observer comment l'ombre d'un trou noir s'écarte des prédictions classiques. Chaque expérience repousse la sensibilité aux effets gravitationnels sur les systèmes quantiques, testant l'universalité de la chute libre au niveau quantique.
Les sondes de gravité quantique sont principalement des outils de recherche, mais les interféromètres atomiques ultra-précis qu'elles utilisent servent également de capteurs de nouvelle génération pour mesurer les champs gravitationnels, avec des applications en géodésie et en navigation inertielle.
Un atome de rubidium en superposition de deux hauteurs tombe exactement à la même vitesse qu'un objet macroscopique — un fait qui a été vérifié avec une précision d'une partie sur cent millions.
