Science

Underground et même sur la Lune … des projets fous pour capturer les tremblements de l’espace-temps

Réglage de l'injection des faisceaux laser d'interrogation, à l'intérieur de la cavité optique d'un interféromètre atomique prototype destiné à l'expérience MIGA (démonstrateur pour la détection d'ondes gravitationnelles basse fréquence). La capture et le refroidissement des atomes sont réalisés dans un piège magnéto-optique. La source d'atomes froids de ce prototype est réalisée en collaboration avec le laboratoire SYRTE. La manipulation des atomes permet de créer un interféromètre atomique permettant d'accéder à des mesures très sensibles du champ inertiel. UMR5298 Laboratoire photonique, numérique, nanosciences 20180055_0013

MOSCHETTI Jean-Claude / Jean-Claude MOSCHETTI / LP2N / FIRST-TF / Photothèque CNRS

Par David Larousserie

Publié aujourd’hui à 15 h 00, mis à jour à 15 h 36

” Nous l’avons fait ! “ Ce 11 février 2016, à Washington, David Reitze a savouré les applaudissements déclenchés par cette exclamation. Ils saluent un exploit attendu depuis un siècle, réalisé grâce à une vaste collaboration internationale de quelques milliers de physiciens.

Le porte-parole de LIGO, comme ses collègues de Virgo – du nom des interféromètres laser qui ont été les premiers à capturer les ondes gravitationnelles en septembre 2015 – ont bien l’intention de le refaire. Chacun a donc déjà commencé à s’activer pour imaginer les futures antennes qui enregistreront des signaux extraterrestres témoins du passage d’une infime ondulation dans l’espace-temps provoquée par des explosions ou des rotations d’objets excessivement massifs tels que des trous. étoiles noires ou à neutrons. Ou d’autres surprises.

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A Bordeaux, à l’Institut d’optique, Philippe Bouyer et Benjamin Canuel sont prêts à assembler leur prototype, MIGA, à une profondeur de 500 mètres dans l’ancienne base militaire du plateau d’Albion, en Provence. Là où la France avait installé ses missiles de défense nucléaire. Depuis 1998, le centre a été repris par le CNRS pour devenir le LSBB, laboratoire souterrain à faible bruit, où sont menées diverses expériences en géologie, géophysique ou encore en électromagnétisme. Une nouvelle galerie y a été ouverte dans les premiers mois de 2020 pour installer MIGA, qui veut ressentir le souffle d’une onde gravitationnelle par un processus complètement différent de celui dit de première génération, qui a permis la capture de septembre 2015 par les deux instruments LIGO géants, aux États-Unis.

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“Nous utilisons des atomes qui représentent la masse d’essai idéale car ils sont plus faciles à isoler des vibrations”, se souvient Benjamin Canuel. Se débarrasser de toutes ces vibrations parasites est en effet l’obsession des trackers d’ondes gravitationnelles, qui ressemblent à des clapotis dans une mer déchaînée. Dans LIGO ou Virgo, l’ondulation espace-temps allonge et contracte les distances entre deux miroirs suspendus. Ces variations de longueur sont mesurées par la technique de l’interférométrie optique, qui compare les distances parcourues par deux faisceaux laser empruntant deux chemins distincts.

Fontaine atomique

MIGA a l’intention de faire de même, mais sur un seul faisceau laser. Sa sonde est une fontaine atomique, un nuage de cent millions d’atomes de rubidium très froids (quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu). Juste après avoir été lancés dans les airs comme des boulets de canon, la population d’atomes est divisée en deux groupes légèrement différents, puis mélangée à nouveau lorsque les atomes retombent en parabole. Si le laser de test se dilate ou se contracte, sous l’effet d’une onde gravitationnelle, le mélange sera plus ou moins bien. Il vous suffit de compter la quantité d’un groupe d’atomes restant par rapport à l’autre pour estimer la force de la perturbation gravitationnelle. Cette technique dite d’interférométrie atomique sera appliquée en trois points le long du bras MIGA de 150 mètres de long, à raison de deux mesures par seconde. Elgar, le successeur espéré par l’équipe bordelaise, disposera de 160 interféromètres sur 32 kilomètres de long.

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Alveré Paquet

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