ONDES GRAVITATIONNELLES

Des barres résonantes comme détecteurs

La détection d’ondes gravitationnelles à l’aide de barres résonantes a été proposée en janvier 1960 par le physicien américain Joseph Weber (1919-2000), de l’université du Maryland. Il argumenta que des ondes gravitationnelles pouvaient – si elles avaient une fréquence appropriée – exciter les modes de vibration d’un solide. Il fabriqua un premier détecteur fait d’un cylindre d’aluminium de 1,5 mètre de longueur et de 65 centimètres de diamètre, de fréquence fondamentale de vibration égale à 1660 hertz (Hz), couplé à des capteurs piézoélectriques grâce auxquels les vibrations de la barre étaient enregistrées. En 1969, il publie dans la revue Physical ReviewLetters un article titré « Preuve de la découverte d’un rayonnement gravitationnel », dans lequel il présente le résultat d’une recherche de coïncidence entre cinq cylindres installés dans son laboratoire et un cylindre placé 1 000 kilomètres plus loin, au Laboratoire national d’Argonne, près de Chicago. En quatre-vingt-un jours d’observation, sur la base de dix-sept signaux en coïncidence et d’une analyse statistique permettant de quantifier la probabilité de coïncidences fortuites, Weber affirme avoir détecté des ondes gravitationnelles de fréquence proche de 1 660 Hz. Fort de ce succès, sa proposition d’envoyer un détecteur sur la Lune est acceptée dans le cadre de la mission Apollo 17 en 1972. Les résultats communiqués par Joseph Weber sont cependant mis en doute par la plupart des physiciens, et des expériences plus longues et plus précises ne confirment pas ces mesures.

Les problèmes techniques liés à la méthode de Weber sont en effet nombreux. D’une part, la détection piézoélectrique nécessite un transducteur qui transforme les vibrations du cylindre en un signal électrique ; le facteur d’adaptation qui exprime le rapport de l’énergie électrique mesurable à l’énergie de vibration est de l’ordre du millionième. D’autre part, un bruit thermique non négligeable s’ajoute au bruit sismique pour faire disparaître un signal d’amplitude nécessairement fort petite.

La détection interférométrique des ondes gravitationnelles

Le principe de la détection interférométrique des ondes gravitationnelles est de partager en deux ondes le faisceau émis par un laser puis d’analyser la recombinaison de ces deux ondes après un trajet de l’ordre de la longueur d’onde du signal recherché, soit typiquement quelques centaines de kilomètres. Si ces deux ondes lumineuses se propagent dans des directions perpendiculaires et selon des trajets de longueurs égales, on peut s’arranger pour que leur interférence soit destructive au moment de leur recombinaison. Le signal enregistré par le détecteur est[...]