Le Nobel de physique pour la découverte des ondes gravitationnelles

L'Allemand Rainer Weiss et les Américains Barry Barish et Kip Thorne se partargent la prestigieuse récompense de 940.000 euros pour leur contribution majeure à l'observation d'ondes prédites il y a plus d'un siècle par Albert Einstein.

Une fois n'est pas coutume, le prix Nobel de physique 2017 récompense bien les favoris des pronostics. En l'occurrence, trois physiciens qui ont joué un rôle clé dans la découverte des ondes gravitationnelles, ces petits soubresauts de l'espace-temps provoqués par des événements extrêmemement énergétiques.

Le physicien Rainer Weiss, Américain d'origine allemande, professeur émérite au MIT à Boston, obtient la moitié du prix de 940.000 euros pour avoir imaginé et dimensionné la technique d'interférométrie laser qui permettrait de déceler ces infimes vibrations de l'espace-temps imaginées par le grand Albert Einstein un siècle auparavant.

La seconde moitié du prix est partagée entre deux physiciens: Barry Barish d'un côté, l'expérimentateur américain qui a mis en œuvre ces principes depuis 1994 pour construire les deux détecteurs américains LIGO qui ont fini par déceler la première onde gravitationnelle en septembre 2015 ; et le célèbre théoricien américain Kip Thorne, spécialiste de la théorie de la relativité, pour avoir apporté une contribution majeure à la détermination précise de la forme des signaux qui étaient susceptibles d'être découverts. Tous deux sont affiliés au Caltech, à Pasadena.

Détection des ondes gravitationnelles

Les trois physiciens font tous partie de la grande collaboration internationale LIGO/Virgo qui rassemble plus d'un millier de scientifiques dans le monde entier autour de trois détecteurs : les deux LIGO américains, situés dans l'Etat de Washington et en Louisiane, et le Virgo européen, installé près de Pise en Italie. Depuis septembre 2015, quatre ondes gravitationnelles ont été officiellement détectées par le réseau, l'antenne européenne Virgo ayant « senti » sa première onde cet été seulement. Les quatre événements correspondaient à chaque fois à la fusion de trous noirs survenues à des milliards d'années-lumière de nous.

Pour détecter ces ondes gravitationnelles, il est nécessaire de construire des installations de taille kilométrique. Deux lasers circulent perpendiculaires dans deux longs bras de plusieurs kilomètres de long. Au passage d'une onde gravitationnelle, la longeur des deux bras varient très légèrement, de la taille d'une fraction d'atome.

Cette infime différence peut être détectée par « interférométrie », c'est-à-dire en réunissant les deux faisceaux lasers sur une même cible. La superposition des deux lumières produit en effet naturellement un « dessin » caractéristique qui va être déformé de façon visible par le passage de l'onde gravitationnelle. C'est ce principe de détection qui a été imaginé et dimensionné par Rainer Weiss, le premier lauréat de la récompense.

Le CNRS avait lui aussi choisi de récompenser les ondes gravitationnelles cette année en décernant sa plus prestigieuse récompense, la médaille d'or du CNRS, à l'expérimentateur Alain Grillet, pionnier du détecteur européen Virgo, et au théoricien Thibault Damour, spécialiste de renommée mondiale de la théorie de la relativité générale.