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Cette experience réussira t'elle à mettre en évidence les dimension suplémentaires cachées et les limites de la Relatvité Générale ?
Un mini système solaire pour révéler les dimensions cachées
Selon une nouvelle étude, un système solaire artificiel en miniature pourrait permettre de révéler les dimensions cachées de l'espace et mettre à l'épreuve des théories alternatives de la gravitation. Si les "planètes" du système se déplaçaient de manière très légèrement différente que ce qui est prévu par la théorie standard, elles signaleraient la présence de phénomènes physiques nouveaux , dont on sait qu'ils sont très difficiles à tester.
Les mini sphères du système solaire devront être réalisées avec une grande précision,
comme celles-ci utilisées pour la sonde Gravity Probe B
Les nombreuses théories qui essayent d'unifier toutes les forces de la physique en un modèle cohérent exigent des dimensions spatiales cachées en plus des trois qui nous sont familières. Selon certaines de ces théories, la gravitation "fuirait" dans ces dimensions supplémentaires, ce qui expliquerait sa relativement faible intensité dans l'univers que nous connaissons.
Cette fuite diluerait son action et provoquerait des déviations par rapport à la loi standard de la gravitation, qui seraient particulièrement apparentes à des échelles très petites. Mais les scientifiques n'ont jamais pu mesurer les forces de gravitation entre des objets très proches en laboratoire avec suffisamment d'exactitude pour tester ces théories. "La mesure directe de la gravité à des distances plus petites qu'une fraction de millimètre est une tâche extrêmement difficile", indique Varun Sahni de l'IUCAA de Pune en Inde. Les forces électromagnétiques tendent à parasiter la gravité dans les expériences à cette échelle.
"Accroché" dans l'espace
Sahni propose une façon alternative de mesurer la gravitation à petite échelle. Avec son collègue Yuri Shtanov du BITP de Kiev en Ukraine, il prétend que cela pourrait être réalisé en envoyant dans l'espace "un système solaire dans une boîte".
Ce système artificiel se tiendrait à l'intérieur d'un vaisseau spatial envoyé au point de Lagrange L2. Ce point se situe environ quatre fois plus loin de la Terre que la Lune (voir la figure ci-après). Un vaisseau spatial à cet endroit resterait fixe dans l'espace, relativement à la Terre, facilitant sa surveillance. La Terre le protégerait également du rayonnement du Soleil, qui exerce une légère poussée sur tous les objets qu'il éclaire. Une telle poussée serait susceptible de modifier la position du vaisseau relativement aux minuscules "planètes" contenues à l'intérieur.
Une fois au point de Lagrange, le système solaire artificiel serait mis en mouvement. Une sphère de 8 centimètre de diamètre en tungstène tiendrait lieu de soleil artificiel, tandis qu'une sphère de test plus petite serait lancée en orbite 10 centimètres plus loin. La minuscule planète graviterait autour de son soleil de tungstène 3.000 fois par an.
"Le système solaire dans la boite" résiderait dans un vaisseau spatial
"stationné" au point de Lagrange L2
Des dimensions supérieures
Si la gravité fuit dans des dimensions supplémentaires, la légère variation de son intensité devrait faire tourner l'orbite ovale de la planète, dans un lent mouvement de précession. Sahni et Shtanov ont calculé l'effet pour une théorie appelée le modèle de Randall-Sundrum, qui propose que notre univers soit une tranche tridimensionnelle d'un univers plus vaste, doté d'un plus grand nombre de dimensions. Ils indiquent une précession de 1/3600 de degré par an, "une valeur raisonnable à tester et à mesurer", selon eux.
Le système solaire artificiel pourrait également être employé pour tester une théorie alternative de la gravitation appelée MOND (Modified Newtonian Dynamics). Celle-ci pose pour principe que la gravitation est plus intense sur de très grandes distances que la valeur prédite par la théorie de la relativité générale d'Einstein. MOND a été conçu pour expliquer le mouvement des étoiles dans les galaxies sans faire appel à la matière sombre, cette substance inconnue qui semble être présente dans l'univers dans une proportion six fois supérieure à la matière visible, et dont la présence est seulement détectée par les effets de sa gravité sur la matière normale. MOND pourrait également expliquer pourquoi les sondes spatiales Pionneer 10 et 11 ralentissent plus que ce qu'il était prévu tandis qu'elles s'éloignent du Soleil.
Selon la théorie MOND, la gravitation commence à diverger de la théorie d'Einstein à partir d'une certaine accélération. Et les chercheurs pensent que ce seuil pourrait être atteint en plaçant une ou plusieurs "planètes" dans des orbites supérieures à 10 centimètres. Une gravité légèrement supérieure, selon MOND, ferait alors se déplacer les planètes plus rapidement que ce que la relativité générale prévoit.
Une symétrie attractive
Il existe cependant des obstacles pratiques fondamentaux à surmonter avant qu'une telle mission puisse être lancée. L'électricité statique des particules chargées de l'espace appelées rayons cosmiques pourrait modifier la trajectoire des petites "planètes". De plus, les composants du vaisseau spatial eux-mêmes exerceraient des forces de gravitation sur les sphères. Ces forces devront être réduites au minimum en "symétrisant" le plus possible le vaisseau et en plaçant ses composants les plus lourds aussi loin du système solaire artificiel que possible.
Stacy McGaugh de l'Université du Maryland indique que l'expérience serait un vrai défi, mais qu'elle n'est pas complètement impossible à réaliser technologiquement. Il précise que d'autres vaisseaux spatiaux, tels que la sonde Gravity Probe B de la NASA, ont été déjà réalisé selon des contraintes de précision incroyablement élevées. Cette dernière, conçue pour tester la théorie de la relativité générale, contient les sphères les plus parfaites jamais élaborées (voir notre news).
Source: New Scientist
Illustrations: NASA / Stanford - ESA
Un mini système solaire pour révéler les dimensions cachées
Selon une nouvelle étude, un système solaire artificiel en miniature pourrait permettre de révéler les dimensions cachées de l'espace et mettre à l'épreuve des théories alternatives de la gravitation. Si les "planètes" du système se déplaçaient de manière très légèrement différente que ce qui est prévu par la théorie standard, elles signaleraient la présence de phénomènes physiques nouveaux , dont on sait qu'ils sont très difficiles à tester.
Les mini sphères du système solaire devront être réalisées avec une grande précision,
comme celles-ci utilisées pour la sonde Gravity Probe B
Les nombreuses théories qui essayent d'unifier toutes les forces de la physique en un modèle cohérent exigent des dimensions spatiales cachées en plus des trois qui nous sont familières. Selon certaines de ces théories, la gravitation "fuirait" dans ces dimensions supplémentaires, ce qui expliquerait sa relativement faible intensité dans l'univers que nous connaissons.
Cette fuite diluerait son action et provoquerait des déviations par rapport à la loi standard de la gravitation, qui seraient particulièrement apparentes à des échelles très petites. Mais les scientifiques n'ont jamais pu mesurer les forces de gravitation entre des objets très proches en laboratoire avec suffisamment d'exactitude pour tester ces théories. "La mesure directe de la gravité à des distances plus petites qu'une fraction de millimètre est une tâche extrêmement difficile", indique Varun Sahni de l'IUCAA de Pune en Inde. Les forces électromagnétiques tendent à parasiter la gravité dans les expériences à cette échelle.
"Accroché" dans l'espace
Sahni propose une façon alternative de mesurer la gravitation à petite échelle. Avec son collègue Yuri Shtanov du BITP de Kiev en Ukraine, il prétend que cela pourrait être réalisé en envoyant dans l'espace "un système solaire dans une boîte".
Ce système artificiel se tiendrait à l'intérieur d'un vaisseau spatial envoyé au point de Lagrange L2. Ce point se situe environ quatre fois plus loin de la Terre que la Lune (voir la figure ci-après). Un vaisseau spatial à cet endroit resterait fixe dans l'espace, relativement à la Terre, facilitant sa surveillance. La Terre le protégerait également du rayonnement du Soleil, qui exerce une légère poussée sur tous les objets qu'il éclaire. Une telle poussée serait susceptible de modifier la position du vaisseau relativement aux minuscules "planètes" contenues à l'intérieur.
Une fois au point de Lagrange, le système solaire artificiel serait mis en mouvement. Une sphère de 8 centimètre de diamètre en tungstène tiendrait lieu de soleil artificiel, tandis qu'une sphère de test plus petite serait lancée en orbite 10 centimètres plus loin. La minuscule planète graviterait autour de son soleil de tungstène 3.000 fois par an.
"Le système solaire dans la boite" résiderait dans un vaisseau spatial
"stationné" au point de Lagrange L2
Des dimensions supérieures
Si la gravité fuit dans des dimensions supplémentaires, la légère variation de son intensité devrait faire tourner l'orbite ovale de la planète, dans un lent mouvement de précession. Sahni et Shtanov ont calculé l'effet pour une théorie appelée le modèle de Randall-Sundrum, qui propose que notre univers soit une tranche tridimensionnelle d'un univers plus vaste, doté d'un plus grand nombre de dimensions. Ils indiquent une précession de 1/3600 de degré par an, "une valeur raisonnable à tester et à mesurer", selon eux.
Le système solaire artificiel pourrait également être employé pour tester une théorie alternative de la gravitation appelée MOND (Modified Newtonian Dynamics). Celle-ci pose pour principe que la gravitation est plus intense sur de très grandes distances que la valeur prédite par la théorie de la relativité générale d'Einstein. MOND a été conçu pour expliquer le mouvement des étoiles dans les galaxies sans faire appel à la matière sombre, cette substance inconnue qui semble être présente dans l'univers dans une proportion six fois supérieure à la matière visible, et dont la présence est seulement détectée par les effets de sa gravité sur la matière normale. MOND pourrait également expliquer pourquoi les sondes spatiales Pionneer 10 et 11 ralentissent plus que ce qu'il était prévu tandis qu'elles s'éloignent du Soleil.
Selon la théorie MOND, la gravitation commence à diverger de la théorie d'Einstein à partir d'une certaine accélération. Et les chercheurs pensent que ce seuil pourrait être atteint en plaçant une ou plusieurs "planètes" dans des orbites supérieures à 10 centimètres. Une gravité légèrement supérieure, selon MOND, ferait alors se déplacer les planètes plus rapidement que ce que la relativité générale prévoit.
Une symétrie attractive
Il existe cependant des obstacles pratiques fondamentaux à surmonter avant qu'une telle mission puisse être lancée. L'électricité statique des particules chargées de l'espace appelées rayons cosmiques pourrait modifier la trajectoire des petites "planètes". De plus, les composants du vaisseau spatial eux-mêmes exerceraient des forces de gravitation sur les sphères. Ces forces devront être réduites au minimum en "symétrisant" le plus possible le vaisseau et en plaçant ses composants les plus lourds aussi loin du système solaire artificiel que possible.
Stacy McGaugh de l'Université du Maryland indique que l'expérience serait un vrai défi, mais qu'elle n'est pas complètement impossible à réaliser technologiquement. Il précise que d'autres vaisseaux spatiaux, tels que la sonde Gravity Probe B de la NASA, ont été déjà réalisé selon des contraintes de précision incroyablement élevées. Cette dernière, conçue pour tester la théorie de la relativité générale, contient les sphères les plus parfaites jamais élaborées (voir notre news).
Source: New Scientist
Illustrations: NASA / Stanford - ESA