Les trous noirs éclairent d’un jour nouveau le mystère de la gravité quantique
Formés à partir des ruines d’une étoile très massive qui s’est effondrée, les trous noirs sont des objets astrophysiques caractérisés par des champs gravitationnels extrêmement forts. Pour les décrire, les physiciens doivent utiliser à la fois la théorie de la relativité générale et les principes de la mécanique quantique. «Bien que chacun de ces domaines soit bien établi par des expériences et constitue la base de la physique moderne, les combiner en une théorie unique et cohérente de la gravité quantique s’est avéré très difficile, mettant au défi les physiciens depuis plus d’un demi-siècle», explique Sameer Murthy, professeur de physique théorique et mathématique au King’s College de Londres. vec le soutien du projet QBH, financé par l’UE, Sameer Murthy dirige une initiative visant à relever ce défi.
Comprendre la nature discrète des trous noirs quantiques
En utilisant les trous noirs comme laboratoire théorique, le projet, financé par le Conseil européen de la recherche (CER), a cherché à répondre à deux questions. «Tout d’abord, nous voulions comprendre en quoi la gravité quantique diffère quantitativement de la relativité générale classique», explique Sameer Murthy. «Deuxièmement, nous souhaitions étudier la possibilité de construire des modèles analytiquement calculables de gravité quantique microscopique.» L’un des principaux résultats de ces travaux a été la création du premier prototype de trou noir quantique qui permet aux chercheurs d’obtenir intrinsèquement la dimension entière de l’espace de Hilbert sous-jacent dans les variables gravitationnelles. «Nos recherches montrent comment la nature discrète des trous noirs quantiques émerge des interactions collectives du système statistique quantique sous-jacent», ajoute Sameer Murthy. Le projet a également permis de découvrir des modèles explicites et contrôlables de gravité quantique qui aident à expliquer l’émergence de phases collectives ainsi que leurs transitions.
Répondre à des questions de longue date
À la fin du projet, les chercheurs avaient exactement atteint leurs objectifs: ils ont confirmé qu’il était possible d’obtenir un contrôle parfait sur le calcul de la gravité quantique pour extraire des nombres entiers discrets d’un concept du continuum. De manière quelque peu inattendue, ils sont également parvenus à expliquer l’entropie microscopique des trous noirs supersymétriques en termes de théorie de jauge duale — un problème qui, selon Sameer Murthy, a perturbé les spécialistes au cours des 15 dernières années. «Nos résultats ont suscité un regain d’activité sur ce sujet, qui a essentiellement permis de résoudre l’ancien problème, de donner une image précise des trous noirs en tant qu’états quantiques de la théorie de Yang-Mills et de prédire de nouvelles phases de la gravité quantique», fait-il remarquer. Sameer Murthy s’attache à consolider les résultats du projet QBH et à les examiner dans un contexte global. «J’ai le sentiment que l’ensemble des réalisations de ce projet a permis de repousser un peu les limites de nos connaissances dans un certain domaine de la physique mathématique», déclare-t-il. Aujourd’hui, il aimerait prendre un peu de recul et pose la question suivante: quelle est la véritable nature de cette avancée une fois que l’on a fait abstraction de l’histoire qui nous a conduits là où nous sommes? «C’est un moment propice à la réflexion et aux discussions passionnantes avec les collègues», conclut-il.
Mots‑clés
QBH, physique, trous noirs, gravité quantique, physiciens, théorie de la relativité générale, mécanique quantique