Ils étaient grands favoris pour le prix Nobel de physique, et l’Académie royale des sciences de Suède a confirmé les rumeurs ce matin en récompensant les découvreurs des ondes gravitationnelles, à savoir les scientifiques américains Rainer Weiss, Barry Barish et Kip Thorne.

Prédites par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité, ces ondes sont causées par les chocs les plus puissants de l’univers, comme le big bang ou la collision de deux trous noirs, et déforment l’espace-temps en se propageant à la vitesse de la lumière. Exactement comme un plan d’eau est troublé par la chute d’un caillou, produisant des vaguelettes en cercles concentriques, l’espace-temps lui-même est élastique. Il subit régulièrement le passage d’ondes qui éloignent et rapprochent temporairement, et imperceptiblement, les astres qui l’habitent.

Il s’est écoulé pile un siècle entre la prédiction d’Einstein, en 1916, et les observations qui ont enfin prouvé sa théorie, annoncées en février 2016.

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Pour enregistrer le passage des ondes gravitationnelles, des instruments géants ont été installés sur plusieurs continents. Aux Etats-Unis, le projet Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) compte deux interféromètres, l'un en Louisiane, dans le sud-est du pays, et le second à l'autre bout du pays, dans l'Etat de Washington, dans le nord-ouest.

Schéma simplifié du détecteur Ligo (schéma Abbott, B. P. et al., CC BY)

Concrètement, ce sont des tunnels longs de 4 kilomètres disposés à angle droit, dans lesquels circule un faisceau laser réfléchi par des miroirs pour augmenter le temps de parcours, et donc les chances d’y déceler une micro-variation. On enregistre dans un détecteur le retour du laser depuis chacun des deux bras. Si tout va bien, ils arrivent en même temps. Mais si on note un infime décalage entre les deux rayons, c’est que la distance qu’ils ont parcourue a changé : les bras de Ligo ont été légèrement étendus ou compressés par le passage d’une onde gravitationnelle.

C'est ce qui s'est passé le 14 septembre 2015 : les deux interféromètres de Ligo ont détecté la même variation ; il a fallu ensuite des mois d'analyses et de vérification des données avant d'annoncer la grande nouvelle au monde entier. Le détecteur européen, Virgo, installé près de Pise en Italie, n'était pas opérationnel à cette époque.

Mais ce n’est pas seulement l’expérience américaine qui est récompensée par le prix Nobel : les trois lauréats font partie de la «collaboration Ligo-Virgo». Le physicien américain Rainer Weiss, qui remporte la moitié du prix, a mis au point la technique de l’interférométrie laser expliquée ci-dessus, qui permet de mesurer des distances avec une grande précision et qui sert de base au fonctionnement de Ligo et Virgo. L’autre moitié du Nobel est partagée entre deux autres Américains : Barry Barish et Kip Thorne, qui ont travaillé des dizaines d’années à l’accomplissement des projets Ligo et Virgo.