Les physiciens ont confirmé une prédiction datant d'il y a 100 ans issue de la théorie de la relativité d'Einstein en démontrant que le principe d'équivalence — un concept fondamental de la relativité générale — s'applique au niveau quantique. Pour la première fois, ils ont mesuré un petit décalage quantique qui se produit lorsque l'objet tombe sous l'effet de la gravité terrestre, un effet prédit en 1927 mais jamais observé auparavant. Cette réussite comble le fossé entre la relativité et la mécanique quantique, deux des théories les plus influentes, mais qui semblent pourtant incompatibles dans la physique moderne. L'expérience a impliqué des atomes de rubidium ultra-froids, placés dans un état quantique appelé superposition. Dans cet état, un atome unique peut emprunter deux chemins à la fois — l'un où il est en chute libre et un autre où il reste immobile. Lorsque les atomes ont été recombinés, les chercheurs ont détecté une différence presque imperceptible entre les deux chemins, révélant le décalage quantique prédit. Cette mesure, publiée dans Science Advances, confirme que le principe d'équivalence d'Einstein — l'idée que la gravité est indistincte de l'accélération — reste valable à l'échelle quantique. Le principe d'équivalence est le mieux illustré par l'expérience de pensée d'Einstein sur l'ascenseur, dans laquelle une personne à l'intérieur d'un ascenseur hermétiquement clos ne peut pas dire si elle est sur Terre ou dans l'espace profond, en accélération. Ce principe a été testé en détail pour les objets ordinaires, mais les particules quantiques se comportent différemment, car elles présentent des propriétés ondulatoires. Ces ondes possèdent un "déphasage" — une mesure de l'emplacement de leurs pics et creux — qui peut être observé indirectement à travers des motifs d'interférence lorsque deux versions de la même particule sont recombinées. L'expérience a démontré qu'une onde en chute libre accumule un déphasage différent d'une onde au repos, exactement comme prédit par la théorie. Les chercheurs, dirigés par le physicien Ron Folman à l'Université Ben-Gurion du Néguev en Israël, ont utilisé un dispositif spécial appelé interféromètre quantique Galilée. Ils ont refroidi environ 20 000 atomes de rubidium jusqu'à près du zéro absolu et les ont placés dans un condensat de Bose-Einstein, un état de la matière où les particules se comportent comme une seule onde quantique. En utilisant des impulsions magnétiques et électromagnétiques, ils ont divisé les atomes en deux chemins — l'un en chute libre et l'autre maintenu immobile — puis les ont recombinés pour observer le motif d'interférence. Les résultats correspondaient aux prédictions théoriques à une précision d'environ 2,5 %, confirmant ainsi la croissance du déphasage prédite avec le cube du temps de chute. Les chercheurs ont fait face à des défis techniques importants, notamment à l'effet "Humpty-Dumpty", qui décrit la difficulté de recombiner les deux moitiés de l'atome après qu'elles aient bougé à des vitesses différentes. Le contraste du motif d'interférence diminuait avec le temps, limitant ainsi la durée de l'expérience. Bien que l'étude soutienne le principe d'équivalence, elle n'exclut pas toutes les théories alternatives, car certaines prédissent le même décalage de phase. L'équipe souhaite maintenant tester le principe dans des situations plus complexes, comme des cadres en rotation, et étendre la technique à des objets plus lourds, comme des diamants nanométriques. Cela pourrait aider à déterminer si la gravité suit les règles quantiques et tester l'idée que la gravité elle-même pourrait provoquer le collapse des superpositions quantiques.