Quelque part entre le monde microscopique des particules élémentaires et le monde macroscopique des êtres humains, quelque chose d’étrange se produit : les règles de la physique quantique, qui décrivent avec une telle précision les minuscules atomes, semblent perdre leur emprise à mesure que les objets grandissent. S’interroger sur le lieu et la manière dont s’opère cette transition de l’imprécision quantique à petite échelle vers la certitude nette du quotidien donne naissance à d’étranges expériences de pensée, comme le fameux chat de Schrödinger, à la fois mort et vivant. Le processus par lequel des phénomènes quantiques comme la superposition — l’affliction paradoxale du chat de Schrödinger — s’estompent pour laisser place à la réalité classique que nous percevons porte un nom : la décohérence.
Désormais, une nouvelle expérience financée par le FQxI a restreint l’éventail des explications possibles de la décohérence, écartant en particulier une théorie de premier plan reliant la gravité à ce processus. Les résultats sont parus dans un article de la revue New Journal of Physics en juin 2026.
« L’une des questions les plus profondes de la physique moderne est de savoir pourquoi l’étrange comportement quantique qui régit les atomes et les particules élémentaires semble disparaître dans le monde macroscopique que nous expérimentons chaque jour », explique Catalina Curceanu, membre du FQxI, directrice de recherche et porte-parole de la collaboration VIP au Laboratoire national de Frascati de l’Institut national de physique nucléaire (INFN-LNF), en Italie.
« L’une des questions les plus profondes de la physique moderne est de savoir pourquoi l’étrange comportement quantique qui régit les atomes et les particules élémentaires semble disparaître dans le monde macroscopique que nous expérimentons chaque jour », explique Catalina Curceanu.
Réalisée au Laboratoire national du Gran Sasso (INFN-LNGS), le plus grand laboratoire souterrain au monde consacré à la recherche en physique fondamentale, l’expérience a testé un modèle dans lequel la décohérence est provoquée par la gravité. Selon la théorie générale de la relativité d’Einstein, la gravité se manifeste par la déformation du tissu de l’espace-temps autour des objets massifs. Dans les années 1960, le physicien théoricien hongrois Frigyes Károlyházy a émis l’hypothèse que l’espace-temps ondule en permanence de minuscules fluctuations qui érodent progressivement les superpositions quantiques, empêchant les objets macroscopiques d’exister sous la forme de combinaisons quantiques imaginées dans le célèbre paradoxe du chat de Schrödinger. Son modèle continue de fasciner les physiciens et a récemment été ressuscité, affiné et reformulé par Angelo Bassi, du FQxI, et ses collègues.
Des traces révélatrices
Les fluctuations prédites par Károlyházy ne peuvent être observées directement, mais si elles existent, elles devraient faire vibrer et accélérer de manière aléatoire les particules chargées, laissant derrière elles des traces révélatrices de rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement serait si faible qu’il pourrait facilement se perdre dans le bruit de fond électromagnétique émis par des sources comme les rayons cosmiques. Le Laboratoire national du Gran Sasso, niché sous 1,4 kilomètre de roche qui absorbe les radiations, constitue donc un lieu idéal pour mener cette quête. « Le blindage naturel offert par la roche crée l’un des environnements les plus silencieux au monde pour détecter des phénomènes physiques extrêmement rares », souligne Curceanu.
Les chercheurs ont utilisé un détecteur composé d’un cristal de germanium de très haute pureté, de la taille d’une tasse à café, entouré de couches de blindage en cuivre et en plomb. Ils ont collecté des données pendant 62 jours au total. Ils ont ensuite soustrait le rayonnement de fond attendu de leurs mesures et recherché une signature correspondant à celle prédite par le modèle.
Le résultat : aucun signal.
« Cette absence de signal constitue en soi un résultat scientifique majeur », affirme Catalina Curceanu.
Cela n’écarte pas entièrement la possibilité que la gravité joue un rôle dans la décohérence quantique. Mais cela fournit des indications précieuses sur la piste à suivre pour déceler un éventuel lien gravitationnel. « Cette absence de signal constitue en soi un résultat scientifique majeur », affirme Curceanu. « En éliminant l’un des plus anciens et des plus naturels modèles de décohérence induite par la gravité, ce travail resserre la recherche de la théorie décrivant l’interaction entre gravité et mécanique quantique, nous rapprochant d’un pas de la compréhension de l’un des mystères les plus profonds de la physique fondamentale. »
Sortir du royaume de la spéculation
Le modèle de Károlyházy repose sur l’idée qu’il existe une limite fondamentale à la précision avec laquelle nous pouvons localiser des objets et mesurer des longueurs. Depuis sa proposition, cette caractéristique s’est imposée comme un fil conducteur de nombreuses théories contemporaines cherchant à unir physique quantique et gravité, notamment la théorie des cordes et la gravitation quantique à boucles. « Toute approche de la gravité quantique finit par prédire l’existence d’une longueur minimale liée à l’incertitude de la mesure de l’espace-temps », explique Kristian Piscicchia, physicien quantique au Centre de recherche Enrico Fermi/INFN/VIP, en Italie, et responsable de la partie expérimentale de la nouvelle étude.
Bien que beaucoup considèrent que la gravité quantique ne peut pas être sondée avec les technologies actuelles, cette nouvelle recherche rejoint un ensemble croissant de travaux démontrant que certaines idées mêlant gravité et théorie quantique sont aujourd’hui testables. « Les expériences de précision atteignent désormais un niveau de sensibilité qui leur permet de tester des idées qui, jusqu’à récemment, relevaient presque exclusivement du domaine de la spéculation théorique », souligne Curceanu. « À mesure que la sensibilité s’améliore, la frontière entre théorie et mesure continue de reculer, ouvrant de nouvelles possibilités de découvrir les principes fondamentaux qui régissent notre univers. »
« Les expériences de précision atteignent désormais un niveau de sensibilité qui leur permet de tester des idées qui, jusqu’à récemment, relevaient presque exclusivement du domaine de la spéculation théorique », souligne Catalina Curceanu.
À PROPOS DU FQxI
Le Foundational Questions Institute, FQxI, catalyse, soutient et diffuse la recherche sur les questions touchant aux fondements des sciences, en particulier les nouvelles frontières de la physique et les idées innovantes essentielles à une compréhension profonde de la réalité, mais que les sources de financement conventionnelles sont peu susceptibles de soutenir. Visitez FQxI.org pour plus d’informations.
Nicola Bortolotti, Kristian Piscicchia, Alessio Porcelli, Matthias Laubenstein, Simone Manti, Antonino Marcianò, Federico Nola et Catalina Curceanu,
Article : Experimental exclusion of a generalized Károlyházy gravity-induced decoherence model – Journal : New Journal of Physics – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Foundational Questions Institute, FQXi
