E8 La gravitation modifiée, de la banlieue terrestre au cosmos

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    La physique fondamentale fait actuellement face à plusieurs défis, tels (1) l’unification de la relativité générale et de la physique quantique, et (2) l’explication de l’accélération de l’expansion de l’Univers. La plupart des théories qui visent à réconcilier la relativité générale et la physique quantique (comme par exemple la théorie des cordes) introduisent de nouveaux champs scalaires qui pourraient être détectés via une cinquième force encore inconnue. De même, l’accélération de l’expansion universelle peut être expliquée soit en introduisant une constante cosmologique dans les équations d’Einstein, soit par l’ajout de champs qui affectent la dynamique de l’Univers aux échelles cosmologiques, soit par la modification de la relativité générale. Cependant, si une cinquième force créée par un nouveau champ affecte les grandes échelles de l’Univers, elle devrait aussi affecter ses plus petites échelles ; cela contredit les tests passés et présents de la relativité générale. Différents mécanismes d’écrantage ont donc été imaginés pour éviter cet écueil : ils permettent d’annuler les effets de la cinquième force à petite échelle afin de rendre les nouvelles théories en accord avec les contraintes expérimentales. Un des tests les plus fins permet de rechercher une violation du principe d’équivalence attendue dans certains modèles d’écrantage, comme par exemple le caméléon.

    bpc_microscope_p41481_vignetteMICROSCOPE, lancé le 26 avril 2016, va tester le principe d’équivalence faible avec une précision de 10-15, cent fois meilleure que les contraintes actuelles. Cette mission va permettre de poser de nouvelles contraintes sur les théories prédisant l’existence de nouveaux champs scalaires entrainant une violation du principe d’équivalence. En particulier, elle va permettre de tester le mécanisme caméléon.

    La mesure fine de l’orbite lunaire par le Lunar Laser Range, ainsi que les éphémérides planétaires, apportent des contraintes fines sur les déviations de la relativité générale dans le système solaire. En particulier, il est possible de contraindre d’autres mécanismes d’écrantage, comme le mécanisme de Vainshtein et le K-mouflage, qui affectent les orbites des planètes et des sondes interplanétaires.

    Les sondages cosmologiques apportent des contraintes complémentaires. En effet, la gravitation modifiée affecte la formation des grandes structures. Par exemple, les comptages d’amas de galaxies massifs et la mesure du spectre de puissance de la matière permettent de distinguer les modèles de concordance et de gravitation modifiée. Il devient alors possible de contraindre les mécanismes d’écrantage.

     

    Le projet a pour objectif d’explorer comment contraindre les modifications à la relativité générale sur trois échelles complémentaires :

    1. Orbite terrestre : contrainte du mécanisme caméléon avec MICROSCOPE
    2. Système solaire : développement d’un concept instrumental
    3. Échelles cosmologiques : contraindre la gravitation modifiée et les mécanismes d’écrantage d’après leurs effets sur la formation des grandes structures.

     

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    • Joël Bergé (ONERA),
    • Sandrine Pires (CEA/AIM)
    • Quentin Baghi (ONERA)
    • Philippe Brax (CEA/IPhT)
    • Bruno Christophe (ONERA)
    • Emilie Hardy (ONERA)
    • Martin Kilbinger (CEA/AIM)
    • Françoise Liorzou (ONERA)
    • Marguerite Pierre (CEA/AIM)
    • Manuel Rodrigues (ONERA)
    • Jean–Philippe Uzan (IAP)
    • Patrick Valageas (CEA/IPhT)

     

     

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    MICROSCOPE Mission: First Results of a Space Test of the Equivalence Principle

    Pierre Touboul et al.

    Phys. Rev. Lett. 119, 231101 – Published 4 December 2017

    https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.231101