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Équations de Maxwell : le photon reste neutre !

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Après les équations de la relativité restreinte, c'est au tour des équations de Maxwell de montrer leur solidité. Brett Altschul, un jeune physicien de l'Université de l'Indiana que l'on connaissait déjà pour ses travaux sur la violation de l'invariance de Lorentz, vient d'obtenir la borne la plus sévère à ce jour sur la charge des photons. A partir des données fournies par les techniques d'interférométrie, utilisées pour observer des galaxies lointaines à l'aide de radiotélescopes, il a montré que la charge des quanta de lumières devait être inférieure à 10-46 fois la charge élémentaire e.

Maxwell et sa femme (Crédit : University of Cambridge).

Altschul a utilisé les résultats de l'expérience VSOP en liaison avec le télescope spatial HALCA. Comme toutes les fois que de l’interférométrie est mise à contribution, il s'agit d'enregistrer les photons produits par un astre éloigné au moyen de plusieurs télescopes distants et de synthétiser le signal obtenu afin de disposer de l'équivalent d'un télescope optique, infra-rouge ou comme ici radio de très grande taille.

Illustration d'artiste du gigantesque radiotélescope réalisé par interférométrie à l'aide du radiotélescope spatial HALCA (Crédit : JAXA).

Si l'on suppose dans un premier temps que les photons sont chargés, même très faiblement, alors les théorèmes de la théorie quantique des champs relativistes impliquent qu'ils doivent exister sous deux types de charges opposées. Tout comme les électrons et les positrons, il devrait alors y avoir des photons et des anti-photons. La présence de cette charge a pour corollaire que, selon la trajectoire que pourrait emprunter un photon issu de l'astre observé, la présence de différences de valeurs des champs magnétiques occupant les régions traversées se traduira par une modification des figures d'interférences obtenues par interférométrie.

C'est un test très sensible pour l'existence d'une hypothétique charge pour les quanta du champ de Maxwell. Les galaxies observées étaient distantes de plus de 3 milliards d'années-lumière, or, aucun effet de brouillage des figures d'interférences n'a été décelé. Cela seul a suffit à  Brett Altschul pour obtenir une limite de 10-32 e. En tenant compte des contraintes fournies par l'existence possible d'anti-photons, il a alors dérivé une amélioration de 13 ordres de grandeurs sur la valeur maximale de la charge électrique attribuable à un photon, un résultat remarquable en plein accord avec les équations de Maxwell.