Les équations de Maxwell posent les bases de l’électromagnétisme et mettent en lumière une certaine symétrie entre électricité et magnétisme. Une symétrie que les physiciens appellent dualité électromagnétique. © Claude Wangen, Adobe Stock

Sciences

Une anomalie dans la dualité électromagnétique

ActualitéClassé sous :physique , électromagnétisme , dualité électromagnétique

Des chercheurs ont récemment mis au jour une anomalie dans ce que les physiciens appellent la dualité électromagnétique, cette sorte de symétrie qui lie les charges électriques et les charges magnétiques. Une anomalie qui pourrait aider à sauver la théorie des cordes.

Alors qu'ils étudiaient la théorie des cordes, des chercheurs de l'Institut Kavli et de l'université de Tohoku (Japon) ont identifié une anomalie dans la dualité électromagnétique prédite par la théorie de Maxwell. Une anomalie qui pourrait avoir des implications dans d'autres champs de la physique.

Rappelons que les équations de Maxwell -- un chercheur écossais du XIXe siècle -- constituent la base de l'électromagnétisme. Elles régissent le comportement des champs électriques et celui des champs magnétiques. Mais aussi celui des particules qui portent une charge électrique élémentaire : les électrons et les protons. Et, sur le papier, celui des particules qui porteraient -- car jamais de telles particules n'ont encore pu être observées -- une charge magnétique élémentaire : les monopôles magnétiques.

Sur le papier, car les monopôles magnétiques ont, jusqu'à aujourd'hui, échappé à l'observation des physiciens. Pourtant, la théorie prévoit bien leur existence. Ils se manifestent même par ce que les chercheurs appellent la quantification des charges électriques -- une idée introduite par Paul Dirac, chercheur britannique, dans les années 1930 -- qui veut que, dans un espace-temps à quatre dimensions, les charges électriques soient toujours des multiples entiers d'une charge élémentaire.

Les monopôles magnétiques valident le concept de dualité électromagnétique

Supposer l'existence de tels monopôles revient à valider le concept de dualité électromagnétique. Une sorte de symétrie qui permettrait d'interchanger champs électriques et magnétiques tout comme charges électriques et monopôles magnétiques.

Ce schéma illustre l’action de la dualité électromagnétique sur les charges électriques (E) et les pôles magnétiques (B). © Hsieh et al.

Au secours de la théorie des cordes

Revenons à la théorie des supercordes étudiée par les physiciens japonais. Elle suppose un univers à dix dimensions dans lequel existe un analogue à la quantification de Dirac. Mais certains objets de cette théorie -- que les physiciens appellent les orientifolds -- violent cette quantification. Et les chercheurs japonais avaient déjà suggéré que le phénomène pourrait être expliqué par un effet subtil impliquant des propriétés quantiques de la dualité électromagnétique.

« Nous avons constaté que cette dualité est légèrement violée d'un point de vue quantique, expliquent les physiciens. Une violation qui est précisément annulée par la violation de la quantification de Dirac observée dans la théorie des cordes. » De quoi donc, peut-être, aider à sauver la théorie des cordes de cette incohérence.

Les chercheurs japonais ont analysé cette anomalie découverte dans la dualité électromagnétique à l'aide de deux méthodes. Et notamment dans le contexte de la théorie M censée unifier toutes les théories des cordes. Un contexte dans lequel la dualité électromagnétique devient manifeste. Et qui permet également d'analyser comment la dualité électromagnétique est légèrement violée par ce que les physiciens appellent une anomalie gravitationnelle.

  • Des chercheurs ont identifié une anomalie dans la dualité électromagnétique.
  • Celle-ci est légèrement violée d'un point de vue quantique.
  • Une violation qui en compense une autre et qui devrait permettre de sauver la théorie des cordes d'une incohérence qui peinait à être expliquée.
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