Ce matin, l'Académie royale suédoise des sciences a décerné le prix Nobel de physique à trois physiciens américains, Rainer Weiss du Massachusetts Institute of Technology, ainsi qu'à Kip S. Thorne et Barry C. Barish du California Institute of Technology. travail derrière la découverte des ondes gravitationnelles - un type d’ondulation dans la structure de l’espace-temps prédit par Albert Einstein il y a plus de 100 ans.
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Comme le rapporte Dennis Overbye au New York Times, les trois lauréats ont été la force motrice de l’Observatoire d’interféromètres à laser (LIGO), un instrument conçu pour détecter les ondes gravitationnelles. Ils ont dirigé un consortium de plus de 1 000 scientifiques qui ont travaillé pendant des décennies pour collecter, analyser et améliorer les détecteurs. Et en 2015, leurs efforts ont finalement porté leurs fruits avec la détection d'un petit pépiement émis par deux trous noirs entrant en collision il y a plus d'un milliard d'années.
Alors que le délai entre la découverte et le prix - à peine deux ans - est court par rapport au prix Nobel (même Einstein a attendu 16 ans pour recevoir son prix), les bases du projet ont été créées il y a plus de 40 ans.
La détection des ondes gravitationnelles a ébranlé la communauté des physiciens, confirmant l'un des tenants centraux de la théorie générale de la relativité d'Einstein. Selon cette théorie, les mouvements d'objets très massifs, tels que les trous noirs, provoquent des ondulations à travers la structure de l'espace-temps, comme des vagues provenant d'un caillou tombé dans un étang. Mais pendant des décennies, les physiciens ont douté que ces ondes existaient réellement ou pourraient jamais être détectées.
En tant que doctorant au début des années 1960, Kip Thorne pensait qu'ils étaient là-bas. Et dans les années 1970, de nouvelles expériences de modélisation et de réflexion ont commencé à convaincre un nombre croissant de chercheurs. "La musique était là-bas. Ils ne l'avaient pas encore entendue", a écrit Jennie Rothenberg Gritz pour Smithsonian en 2017, lorsque le trio a été honoré du American Ingenuity Award du magazine.
En 1972, Weiss a publié un article dans lequel il avait initialement conçu une "antenne" à onde gravitationnelle au laser, faisant équipe avec Thorne pour affiner et exécuter ce plan ambitieux. C'était une idée radicale: créer un détecteur suffisamment sensible pour détecter une ondulation dans l'espace-temps inférieure au diamètre d'un proton.
Barish, précédemment responsable du projet Superconducting Supercollider, a rejoint l'équipe par la suite et est devenu directeur de LIGO en 1994. Il est souvent reconnu pour sa réorganisation et sa gestion du projet, qui avait du mal à se poursuivre à l'époque. Mais finalement, LIGO est né.
Le LIGO comprend deux détecteurs en forme de L, l'un en Louisiane et l'autre dans l'État de Washington, séparés par 1 865 milles. D'après Gritz, chaque détecteur possède deux bras de 2, 5 km de long dotés du miroir le plus lisse du monde à chaque extrémité. Comme le physicien Brian Greene l’a écrit pour Smithsonian.com l’année dernière, le détecteur mesure le temps qu’il faut à un faisceau laser extrêmement puissant pour rebondir entre les deux miroirs, en mesurant les différences les plus infimes. De minuscules changements dans le temps de parcours des lasers sont des indicateurs du passage d'une onde gravitationnelle.
Pendant ses huit premières années, l'observatoire a connu des difficultés et a été fermé en 2010 pour un rééquipement de 200 millions de dollars. Mais en septembre 2015, peu de temps après sa relance, LIGO a détecté sa première ondulation. Depuis lors, trois autres ondes gravitationnelles ont été détectées. La première, une collaboration entre LIGO et l'observatoire italien Virgo, a été annoncée la semaine dernière.
Le prix récompensant seulement trois chercheurs, il a fallu une légion de chercheurs pour que le détecteur réussisse, rapporte Hannah Devlin et Ian Sample au Guardian . «Je considère cela plus comme une chose qui reconnaît le travail d'environ 1 000 personnes», déclare Weiss. «Je n'aime pas vous dire, mais cela fait déjà 40 ans que des personnes réfléchissent à cela, essayent de faire une détection… et, lentement mais sûrement, rassemblent la technologie pour le faire.»
Devlin et Sample signalent qu'un quatrième membre de l'équipe aurait probablement également reçu le prix. Le physicien écossais Ronald Drever, un autre membre clé de l'équipe LIGO, est décédé de la démence en mars. Le comité Nobel n'attribue généralement pas le prix à titre posthume.
La découverte change la donne pour les astronomes et les physiciens et constitue un nouvel outil pour étudier l'univers. Comme Green l'a écrit l'année dernière, contrairement à la lumière, aux rayons X, aux rayons gamma, aux signaux infrarouges ou à d'autres signaux utilisés par les astronomes pour étudier le ciel, les ondes gravitationnelles traversent tout et ne peuvent pas être bloquées. Les vagues pourraient donc être utilisées pour examiner les domaines qui sont "inaccessibles" à la lumière, y compris peut-être le "grondement sauvage du big-bang", il y a 13, 8 milliards d'années. "
Comme l'écrit Green: «L'histoire considérera la découverte comme l'un des rares points d'inflexion qui modifient le cours de la science."
