Une équipe d'astronomes conduite par Silvia
Zane, de l’University College London, a mis en évidence l'existence
de particules quantiques dans l'Espace, par leur particularité
d'agir comme des prismes en polarisant la lumière émise par une
étoile à neutrons.
Bien qu’elle figure parmi les étoiles à neutrons les plus proches de
la Terre avec une distance de 400 années-lumière, RX J1856.5-3754,
située dans la Couronne Australe, se caractérise par une luminosité
extrêmement faible. Afin d'observer cet astre en rayonnement
visible, l'équipe a mis à contribution l’instrument
FORS2 qui équipe le télescope Antu (UT1) de 8,2 mètres du
VLT,
poussant l'instrument à sa limite technologique.
L'expérience confirme une théorie de
l'électrodynamique quantique vieille de 80 ans, qui décrit
l’interaction de la matière et de la lumière à des niveaux
subatomiques. Dans les années 1930 en effet, les physiciens
allemands Werner Heisenberg et Hans Heinrich Euler avaient suggéré
qu’un champ magnétique intense pouvait modifier l'orientation des
ondes lumineuses, autrement dit leur polarisation.
Cet effet est à comparer avec un rayon lumineux traversant une vitre
épaisse ou un prisme, ce qui entraîne sous certaines conditions un
changement de polarisation d'une partie de la lumière. Celle-ci,
selon la théorie, peut aussi se réaligner en traversant un champ
magnétique intense. Dans un vide apparent, cet alignement est
provoqué par les particules virtuelles qui partagent de nombreuses
propriétés avec leurs homologues "réels", mais elles apparaissent et
se neutralisent mutuellement grâce à l’indétermination quantique.
"S’il y a un champ magnétique suffisamment puissant, alors vous
n’avez pas besoin d’un verre ou d’un prisme pour réfracter la
lumière", selon Silvia Zane de l’University
College London. Mais le champ magnétique doit être très
intense. Utilisant des filtres polarisants, Zane et ses collègues
ont d'abord observé la lumière émise par une étoile à neutrons. Puis
ils l'ont comparée avec celle émise par des étoiles ordinaires
environnantes.
Le résultat de l'observation est sans appel. 16 % du rayonnement
lumineux de l'étoile à neutrons est polarisé différemment des
étoiles de référence. Il s'agit là de la première démonstration de
ce phénomène connu comme la polarisation du vide (vacuum
birefringence). Sur la base de ces données, l’équipe a été capable
de déduire l’axe de rotation de l’étoile.
Selon Herman Marshall, du MIT (Massachusetts
Institute of Technology), cette découverte permet pour la
première fois de détailler les étoiles à neutrons. La prochaine
étape consistera à reproduire l'observation sur la base du
rayonnement X, soit la valeur spectrale dans laquelle les étoiles à
neutrons sont la plus active.
Si cette observation démontre l'interaction entre les particules
virtuelles et leurs propriétés quantiques, on ignore encore si elle
aura des applications en mécanique quantique ou en physique.
Lorsqu'Einstein a proposé sa théorie de la relativité générale, il
n’avait aucune idée qu’on pourrait un jour l’utiliser pour des
systèmes de navigation. De même, il est probable que les
conséquences de cette découverte ne montreront leur potentiel que
sur des périodes très longues.
Jean Etienne
Sources principales :
The Development of the Space-Time View of Quantum Electrodynamics.
1er décembre 2016.
Evidence for vacuum birefringence from the first optical-polarimetry
measurement of the isolated neutron star RX J1856.5-3754.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2 novembre 2016.
Doi: 10.1093/mnras/stw2798.
Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum
Transfer. Physical Review Letters, 20 janvier 1997. Doi:
10.1103/physrevlett.78.424.
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