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La lumière déviée par le vide ?

ActualitéClassé sous :physique , axion , matière noire

Une équipe de physiciens en Italie vient d'obtenir un phénomène inédit de rotation de la lumière dans le vide sous l'effet d'un champ magnétique. Une preuve de l'existence d'une nouvelle particule supposée résoudre l'énigme de la matière noire cachée dans l'univers ?

L'aimant de l'expérience PVLAS, produisant le champ magnétique nécessaire à la déviation d'un faisceau laser dans le vide, est visible dans la partie inférieure de l'image.

L'effet, mis en évidence par une équipe de chercheurs du laboratoire INFN (Istituto Nazionale di Fisca Nucleare) de Legnaro, près de Padoue en Vénétie, menée par Emilio Zavattini (1) , est encore minime. Mais le résultat est peut-être suffisamment important pour confirmer l'existence de nouvelles particules appelées axions qui constitueraient la matière noire, cette masse manquante, ou cachée, représentant une partie importante de l'univers.

La physique classique affirme que le vide règne dans l'espace. La mécanique quantique, de son côté, permet théoriquement certains changements de la structure du vide dus au fait que des particules peuvent apparaître et disparaître spontanément en vertu du fameux principe d'incertitude d'Heisenberg.

Concrètement, un champ magnétique intense pourrait alors conférer un indice de réfraction au vide, qui dévierait la lumière ou plus précisément changerait sa polarisation. Les chercheurs italiens ont travaillé sur cette hypothèse à partir de l'expérience baptisée PVLASProbing vacuum with polarized light  (2) à l'INFN. Principe : un faisceau laser traverse un champ magnétique d'une intensité de 5 Tesla dans un espace vide, et l'on mesure toutes les modifications de polarisation de la lumière à une distance d'un mètre. L'équipe a pu effectuer pas moins de 44 000 mesures. Résultats : d'une part le faisceau laser émergent présente une légère polarisation elliptique ; d'autre part le vecteur de polarisation subit une rotation très faible, mais bien réelle, de moins d'un milliardième de degré.

Selon l'équipe italienne, le phénomène de « déviation » par le vide pourrait s'expliquer par l'interaction des photons avec une particule de type axion. Cet objet de très faible masse, jusqu'ici hypothétique et supposé être produit à l'intérieur du soleil, est la particule candidate privilégiée par les physiciens pour expliquer l'existence supposée de la matière noire dans l'univers.

Le phénomène constaté à l'INFN pourrait aussi expliquer des effets astrophysiques au voisinage d'objets compacts tels que les étoiles à neutrons : le champ magnétique, allant jusqu'à 1011 Tesla, serait capable de dévier la lumière de telle façon que l'on verrait alors plusieurs images différentes d'objets distants. D'après les physiciens de Lagnaro, cet effet de « lentille » provoqué par le vide sera visible et mesurable prochainement, durant l'éclipse du pulsar J037-3039. Son observation prouverait l'existence de l'axion, et donnerait une trace sérieuse de la matière noire.

Mais la plus proche éclipse du genre est prévue... en 2020. Ce qui laisse du temps aux chercheurs italiens pour affiner leurs mesures sur l'expérience PVLAS.

Pour en savoir plus :
INFN :  http://www.infn.it/indexen.php 
Phys. Rev. Lett.:http://arxiv.org/abs/hep-ex/papernum=0507107
PVLAS: http://www.ts.infn.it/experiments/pvlas/index.html 

(1) : Experimental observation of optical rotation generated in vacuum by a magnetic field (Phys. Rev. Lett. 96 110406).
(2) Lire:http://arxiv.org/ftp/hep-ex/papers/0512/0512022.pdf