Le physicien quantique Aspelmeyer reçoit le prix scientifique le mieux doté d'Autriche

Aspelmeyer, 52 ans, né le 14 juin 1974 à Schongau en Haute-Bavière, compte parmi les chercheurs les plus renommés au monde dans le domaine de l'optique quantique et de l'optomécanique quantique. Après des études de physique et de philosophie, il a obtenu son doctorat en physique en 2002 à l'Université Ludwig-Maximilians de Munich.

De la physique du solide à la physique quantique

Son intérêt pour l'histoire des sciences l'a amené dans un groupe de travail de l'Institut Max-Planck d'histoire des sciences, qui s'occupait du thème de la gravité quantique. "Ce fut aussi la raison pour laquelle, après son doctorat en 2002, il est passé de la physique du solide à la physique quantique – et s'est engagé comme boursier de la Fondation Humboldt auprès du physicien quantique Anton Zeilinger à l'Université de Vienne."

Aspelmeyer se souvient de ses débuts chez Zeilinger : "J'ai eu la chance folle que Zeilinger soit assez courageux pour accueillir dans l'équipe un docteur venant d'un autre domaine." Cette expérience marque encore aujourd'hui sa manière d'encadrer les jeunes chercheurs : il espère avoir lui-même à la fois le courage et la chance d'attirer dans son équipe des chercheuses et chercheurs jeunes et exceptionnels.

Aspelmeyer est resté à Vienne, a également rejoint dès sa fondation en 2004 l'Institut d'optique quantique et d'information quantique (IQOQI) de l'Académie autrichienne des sciences (ÖAW) et a choisi en 2009, parmi trois offres, une chaire de professeur à l'Université de Vienne, contre Oxford et Calgary : "C'était la meilleure offre, les meilleures conditions cadres." Dix ans plus tard, il a succédé à Anton Zeilinger à la direction scientifique de l'IQOQI Vienne.

Liberté et flexibilité pour la recherche

La distinction est dotée de deux millions d'euros et affectée à la recherche. Elle soutient les recherches du lauréat et garantit liberté et flexibilité dans leur mise en œuvre. "Le prix Wittgenstein du FWF de cette année récompense non seulement la carrière scientifique exceptionnelle de Markus Aspelmeyer, mais constitue aussi un investissement dans l'un des projets les plus ambitieux de la physique moderne, qui enrichit la tradition florissante de l'Autriche en matière de recherche quantique d'un chapitre supplémentaire très prometteur", déclare le jury international du FWF.

Les recherches d'Aspelmeyer tournent autour de l'une des grandes questions ouvertes de la physique : peut-on réunir dans une seule expérience les effets quantiques et la gravité ? "Dans mon groupe de recherche, nous avons consacré beaucoup de temps ces 20 dernières années à amener des objets solides, comme de petits tremplins, dans le régime quantique." Ces objets sont cent fois plus petits qu'un grain de sable, mais se composent tout de même de quelques centaines de millions d'atomes et sont maintenus en lévitation dans un vide poussé par un faisceau laser fortement focalisé, tout en étant refroidis par la lumière laser. Et ce, jusqu'à ce que leur énergie de mouvement soit refroidie quasiment jusqu'au zéro absolu (moins 273 degrés Celsius).

Petits tremplins dans le régime quantique

Il ne subsiste que des mouvements ("fluctuations quantiques") qui n'obéissent plus aux lois de la physique classique, mais à celles de la physique quantique. L'objectif : "une expérience gravitationnelle qui ne se laisse plus seulement décrire par la relativité générale d'Einstein", explique Aspelmeyer.

En 2021, lui et son équipe sont finalement parvenus à mesurer la plus petite force gravitationnelle jamais déterminée : la force d'attraction d'une petite bille d'or pesant 90 milligrammes. Cela pèse à peu près comme une coccinelle et attire d'autres objets avec une accélération 30 milliards de fois plus petite que la gravité terrestre. "J'ai pris mon carnet et j'ai commencé à calculer, et soudain j'ai réalisé : waouh, ça pourrait marcher", s'est souvenu le physicien au moment où il a estimé les ordres de grandeur.

Le chemin vers la gravité quantique

Lors d'un séminaire, il eut en 2012 l'idée que les petits tremplins vibrants, avec lesquels il travaillait, avaient peut-être assez de masse pour être également utilisés dans des expériences gravitationnelles. Les défis vers les mesures gravitationnelles sont immenses : le physicien se souvient de la visite d'un chercheur venu du Canada qui, en entendant ces projets, lui aurait dit : "Markus, ça suffit maintenant. Tu ne peux même pas mesurer le champ gravitationnel de la chaise là-bas." Mais Aspelmeyer ne s'est pas laissé décourager.

À la fin des années 1950, l'opinion dominante était que les ondes gravitationnelles et la gravitation d'objets quantiques étaient des effets intéressants, mais tellement petits qu'il était impossible de les mettre en évidence dans une expérience. "Pour les ondes gravitationnelles, nous savons depuis 2015 que ce n'est pas vrai : nous pouvons mesurer les ondes gravitationnelles, désormais quasiment chaque jour." Ce qui paraissait tout aussi inconcevable il y a quelques décennies est aujourd'hui possible en laboratoire : "Il y a 60 ou 70 ans, il était impensable que les possibilités expérimentales soient un jour aussi développées."

Jusqu'à l'observation de la gravité quantique, il reste cependant encore un long chemin : alors que la taille des objets sur lesquels on observe des effets quantiques doit encore être multipliée par cent, il faut réussir à mesurer la force gravitationnelle d'objets qui sont 100 fois plus petits qu'actuellement. "En tant que physicien expérimentateur, on se donne toujours une marge, genre trois ans, et c'est pourquoi l'expérience sera prête dans 17 ans", dit Aspelmeyer. Il ajoute : "Le calendrier, c'est 17 ans, cela tient au système de recherche européen, parce que chez nous il y a ce système de retraite obligatoire." À la question de savoir quand il s'attend personnellement à la percée, il répond : "Pour moi, ce sera prêt dans 20 ans."

Distinctions et financements internationaux

Aspelmeyer a reçu de nombreuses distinctions internationales, dernièrement en 2025 le Prize for Fundamental Aspects de la Société européenne de physique pour ses contributions pionnières à l'optomécanique quantique. Après avoir déjà reçu en 2009 un "Starting Grant" et en 2015 un "Consolidator Grant" du Conseil européen de la recherche (ERC), il a obtenu en 2020, avec des collègues d'Innsbruck et de Zurich, un "Synergy Grant" de l'ERC doté de 13 millions d'euros, afin de pousser le principe quantique de la délocalisation à ses limites ultimes : ils veulent positionner simultanément à deux endroits un corps solide composé de milliards d'atomes. Mais ce n'est pas encore la fin : avec le prix Wittgenstein, il espère faire un pas de plus dans cette "grande entreprise à long terme".

Le père de deux enfants est au conseil d'administration du cluster d'excellence du FWF "Quantum Science Austria", ainsi que membre de l'American Physical Society, de l'ÖAW et de l'Académie des sciences et des arts de Hambourg. Avec Zeilinger, Aspelmeyer partage non seulement la passion de la voile, bien qu'il doive, contrairement à l'époque où il régatait sur l'exigeant 470, mettre cette passion de côté pour des raisons professionnelles. Il a également animé, quelques heures à peine après l'annonce du prix Nobel de physique 2022, la légendaire manifestation improvisée dans l'amphithéâtre Ludwig-Boltzmann archicomble de la faculté de physique de l'Université de Vienne, au cours de laquelle Anton Zeilinger a été célébré.

Wittgenstein et les limites du langage

"Le fait que notre prospérité soit étroitement liée à une recherche fondamentale forte est un constat qui a presque 100 ans", souligne Aspelmeyer. "Et là-dessus, l'Autriche a incroyablement livré au cours des quelque 30 dernières années." Le parrain du prix apparaît également dans ses réflexions : "Les limites de mon langage sont les limites de mon monde" est une citation de Wittgenstein qui exprime précisément ce que la physique quantique nous renvoie comme un miroir : nous sommes dans une situation où nous ne pouvons plus décrire la nature à l'aide de notre langage. Un autre