Une onde quantique en chute libre obéit à la « pensée la plus heureuse » d’Einstein
Le 2 septembre 2026, une équipe a présenté dans Science Advances la première mesure de la phase quantique acquise par un objet en chute libre : une moitié d’un paquet d’ondes atomique a été laissée tomber tandis que l’autre était maintenue en place, et la phase entre les deux rejoint la valeur attendue du principe d’équivalence à environ 2,5 pour cent.
Le principe d’équivalence d’Einstein — l’idée qu’il appellera plus tard la pensée la plus heureuse de sa vie — affirme qu’un observateur en chute libre ne peut pas distinguer localement la gravitation d’une accélération. Pour les grands corps, il est confirmé avec une précision extrême ; en théorie quantique, il prend toutefois une forme particulière : l’onde associée à un objet qui tombe devrait acquérir une phase croissant comme le cube du temps de chute. Cette prédiction remonte à Charles Galton Darwin et Earle Kennard en 1927 — et n’avait jamais été mesurée.
Une équipe menée par Ron Folman à l’université Ben-Gourion du Néguev, avec des collègues d’Ulm et d’Oxford (la liste d’auteurs comprend Roger Penrose, Vlatko Vedral et Wolfgang P. Schleich), a construit un interféromètre à atomes froids qu’elle nomme Quantum Galileo Interferometer. Environ 20 000 atomes de rubidium ont été refroidis en un condensat de Bose-Einstein dans un piège magnétique sur une puce atomique, puis placés dans une superposition de deux états internes. Un paquet d’ondes est resté maintenu magnétiquement à environ 113 micromètres sous la surface de la puce ; l’autre, rendu insensible au champ, a volé de manière balistique, montant et retombant sous la seule gravité et s’écartant d’environ 7,5 micromètres au sommet de sa trajectoire. Après 2,4 millisecondes, les deux chemins ont été recombinés et leur phase relative lue dans la figure d’interférence.
Sur 633 cycles expérimentaux menés pendant 5,3 heures, la phase a parcouru 13 oscillations complètes couvrant quelque 80 radians et s’est écartée de la prédiction — dépourvue de paramètre libre — d’environ 2 radians, soit un écart d’à peu près 2,5 pour cent. La même phase se déduit de deux manières très différentes : en traitant la gravitation comme une force agissant sur l’onde quantique, ou en se plaçant dans le référentiel en chute où la gravitation disparaît. Que les deux voies donnent le même résultat fait de cette mesure un test du principe d’équivalence dans le domaine quantique. Les auteurs disent clairement les limites : le résultat ne montre pas que la gravitation elle-même est quantique, il n’unifie pas les deux théories et reste loin des masses et des durées auxquelles Penrose attend une rupture de la mécanique quantique.