L’analyse de la lumière émise par une étoile à neutrons a révélé des preuves d’un effet quantique jamais rencontré jusqu’à présent connu sous le nom de biréfringence du vide.
Une équipe internationale d’astronomes dirigée par Roberto Mignani (de INAF Milan en Italie) annonce avoir détecté les signes d’un effet quantique connu depuis 90 ans, mais jamais rencontré jusqu’à présent connu sous le nom de biréfringence du vide, en observant une étoile à neutrons appelée Rx J1856.5-3754 située à 400 années-lumière de la Terre.
Les étoiles à neutrons sont les noyaux écrasés d’étoiles massives qui se sont effondrées sous leur propre poids lorsqu’elles ont manqué de carburant. Elles font partie des objets parmi les plus denses de l’Univers (une cuillère à café de l’étoffe pèserait 1 milliard de tonnes sur Terre) et leur croûte est environ 10 milliards de fois plus dure que de l’acier. Les étoiles à neutrons ont aussi les champs magnétiques les plus puissants de l’univers connu — les astronomes les estiment à près de 100 trillions de fois plus fort que celui de la Terre. Ce dernier se comporte comme un prisme influençant la polarisation de la lumière qui passe à travers.
Ce phénomène de polarisation de la lumière laisse à penser que l’espace vide autour de l’étoile à neutron est en effet soumis à l’effet connu sous le nom de biréfringence du vide : une « prévision » de l’électrodynamique quantique (QED) qui est la théorie quantique décrivant l’interaction entre les photons et les particules chargées (telles que des électrons) issus des premières formulations de la théorie quantique (qui remontent aux années 30).
Selon la physique classique de Newton et d’Einstein, le vide de l’espace est entièrement vide, mais la théorie de la mécanique quantique suppose quelque chose de très différent. Selon l’électrodynamique quantique (QED), il est prévu que l’espace est rempli de « particules virtuelles » qui ne sont pas des particules physiques régulières comme des électrons ou des photons, mais des fluctuations dans les champs quantiques qui ont des propriétés similaires à aux particules régulières — la grande différence étant qu’elles peuvent apparaître et disparaître à tout moment dans l’espace et le temps.
Dans l’espace, les photons ne sont pas affectés par ces particules virtuelles et voyagent sans interférence. Mais à proximité du champ magnétique incroyablement intense d’une étoile à neutrons, ces particules virtuelles se voient alors « excitées » et ont un effet dramatique sur les photons qui les traversent.
Détecter la mesure de la polarisation de la lumière visible émise par était une tâche ardue. Il aura exigé l’un des plus grands télescopes au monde et l’analyse des données techniques très complexes pour accentuer un signal incroyablement faible. Parmi les nombreuses prédictions, la biréfringence du vide ne s’est encore jamais démontrée en laboratoire. Cet effet ne peut être détecté que dans la présence de champs magnétiques très forts tels que ceux qui entourent les étoiles à neutrons. Cela montre encore une fois que les étoiles à neutrons sont un laboratoire précieux pour étudier les lois fondamentales de la nature.
