La relativité d’Einstein résiste aux tirs laser sur la Lune

La détection directe sur Terre des ondes gravitationnelles presque 100 ans après leur prédiction par Albert Einsteinn’empêche pas les physiciens de tenter de prouver que la théorie de la relativité générale n’est pas encore la bonne théorie de la gravitation. Ils tentent pour cela de découvrir des violations de certaines de ses hypothèses de base. L’une d’entre elles consisterait à trouver des violations de l’invariance de Lorentz, ou dans des termes moins ésotériques, des transgressions des principes de la théorie de la relativité restreinte. Il pourrait s’agir d’une vitesse de la lumière différente dans le vide selon les directions, ou bien d’autres effets subtils dans le domaine de la physique des particules, par exemple une violation du théorème CPT avec l’antihydrogène.

Un cadre général pour des violations de l’invariance de Lorentz avec les équationsdu modèle standard et de celles des deux théories de la relativité a été établi comme nous le rappelions dans l’article ci-dessous. D’année en année, à l’aide de différentes expériences, les physiciens repoussent les bornes sur les valeurs de différents paramètres qui peuvent exprimer dans ce cadre des violations de l’invariance de Lorentz. Le dernier travail dans ce domaine vient d’une équipe de chercheurs français qui, comme les physiciens l’expliquent dans un article disponible sur arXiv, ont utilisé les données de télémétrie laser-Lune (ou Lunar Laser Ranging) accumulées depuis 44 ans.

Une présentation de la télémétrie laser-Lune. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Wiz Science

Un test de la relativité restreinte avec les mouvements de la Lune

Il s’agit des mesures effectuées à l’aide de nombreux tirs de faisceaux laser émis depuis la Terre en direction de dispositifs optiques catadioptriques, dit rétroréflecteurs, déposés sur la Lune par les missions Apollo 11, 14 et 15, ainsi que par les missions russes Lunokhod 1 et Lunokhod 2. On peut mesurer leurs temps d’aller-retour, ce qui permet de mesurer la distance Terre-Lune et également une autre hypothèse à la base de la théorie de la relativité générale : le principe d’équivalence (actuellement testée avec la mission Microscope).

Plus de 20.000 allers-retours de faisceaux lasers ont été réalisés entre 1969 et 2013 à partir de cinq stations sur Terre comme celles de l’Observatoire de la Côte d’Azur, en France, ou celle de l’Observatoire Apache Point, au Nouveau-Mexique (États-Unis). L’interprétation des mesures n’est pas aisée car elles dépendent de plusieurs phénomènes. Certaines nécessitent une prédiction fine des mouvements de la Lune autour de la Terre, lesquelles dépendent entre autres des perturbations gravitationnelles provenant du Soleil et bien évidemment de possibles violations de l’invariance de Lorentz pour le comportement des rayons laser et du champ de gravitation lui-même.

Aucune de ces violations n’a été trouvée, mais les contraintes sur certains des paramètres les décrivant ont été améliorées d’un facteur 10. Au final, il s’agit du plus solide test des violations de l’invariance de Lorentz réalisé à ce jour.

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