Concept d'expérience pour manipuler les ondes gravitationnelles par interaction lumineuse

Le Professeur Ralf Schützhold, physicien théoricien au Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), a élaboré un concept expérimental visant à permettre le contrôle actif des ondes gravitationnelles par leur couplage avec des ondes lumineuses. Cette proposition repose sur le principe que la gravitation affecte toute forme d'énergie, y compris la lumière, un concept qui suscite l'intérêt de ses pairs. Schützhold, qui dirige l'Institut de Physique Théorique au HZDR, a exposé cette idée dans une publication de 2025 dans la revue Physical Review Letters.

Le mécanisme fondamental repose sur le transfert de minuscules quanta d'énergie, assimilables à des gravitons, entre un faisceau lumineux et une onde gravitationnelle incidente. Cet échange, décrit comme une émission ou absorption stimulée de gravitons, entraînerait une légère variation de l'intensité de l'onde gravitationnelle. Simultanément, cette transaction énergétique se traduirait par une variation extrêmement faible de la fréquence de l'onde lumineuse correspondante. L'observation de ce phénomène fournirait un indice probant de l'existence du graviton, la particule médiatrice hypothétique de la gravité, dont la preuve directe fait défaut dans la théorie quantique de la gravité.

La mise en œuvre pratique d'une telle expérience exigerait une ingénierie expérimentale d'une ampleur considérable. Pour détecter ce décalage fréquentiel infime, le dispositif nécessiterait la réflexion de pulsations laser jusqu'à un million de fois entre des miroirs disposés dans une configuration d'environ un kilomètre de long. Cette répétition aboutirait à une longueur de trajet optique effective avoisinant le million de kilomètres. Les variations de fréquence résultantes devraient être mesurables grâce à un interféromètre méticuleusement conçu, exploitant des principes similaires à ceux utilisés dans les détecteurs d'ondes gravitationnelles existants, tels que LIGO, opéré conjointement par Caltech et le MIT.

Schützhold a suggéré que l'utilisation de photons intriqués, des particules quantiquement liées, pourrait significativement augmenter la sensibilité de l'interféromètre. Une telle amélioration pourrait, en théorie, permettre aux chercheurs de déduire l'état quantique du champ gravitationnel lui-même. L'évaluation théorique de cette proposition souligne sa pertinence pour sonder la nature quantique de la gravitation, en reliant un effet observable – le décalage de fréquence de la lumière – à l'échange de gravitons. L'ancrage du concept dans les infrastructures interférométriques existantes établit un cadre pour de futures explorations.

L'observatoire LIGO venait de clore sa quatrième campagne d'observation (O4) le 18 novembre 2025, une campagne record de plus de deux ans ayant permis la détection d'environ 250 nouveaux signaux, avant d'entamer une période de modernisation. Les prochaines campagnes d'observation de LIGO, Virgo et KAGRA sont prévues pour débuter à la fin de l'été ou au début de l'automne 2026, après une phase de mise à niveau.