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Champ magnétique maximum de l'univers : un positronium chamboule les cordes

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Champ magnétique terrestre : 1 Gauss (G). Champ dans l'espace (trous noirs, naines blanches et autres étoiles à neutrons...) : 1017 G. Limite théorique admise pour l'univers jusqu'à présent : 1052 G. Un nouveau chiffre avancé par deux physiciens russes établirait le maximum à « seulement » 1042 Gauss, avec au passage la remise en question de la théorie des cordes cosmiques et de l'existence supposée d'objets très étranges.

La théorie des cordes cosmiques survivra-t-elle à la nouvelle valeur de champ magnétique maximal fixée par des physiciens russes ?

Dans l'univers, de la simple planète à l'objet le plus énigmatique, chacun se jauge à l'aune de son champ magnétique, une grandeur qui trouve son importance jusque dans la théorie d'unification des interactions fondamentales. Les cordes cosmiques, sortes de défauts topologiques de l'espace sensés avoir été créés juste après le Big Bang, étaient supposées recéler des champs magnétiques très élevés : jusqu'à 1047 G ou 1048 G. La nouvelle valeur obtenue par les théoriciens Anatoly Shabad (Lebedev Physics Institute) à Moscou et Vladimir Usov (Weizmann Institute of Sciences) à Rebovot en Israël, modifie la donne (1) et fixe le plafond à 1042 G.

Le duo de physiciens a effectué son calcul en cherchant à savoir quel pourrait être le maximum de champ en électrodynamique quantique, cette théorie qui permet de décrire l'interaction électromagnétique des particules chargées et d'expliquer les forces en jeu. Ils ont pour ce faire appliqué l'équation de Bethe-Salpeter, un outil de la physique des hautes énergies utilisé pour travailler sur les états d'énergie de particules chargées qui interagissent. L'équation a été résolue dans le cas de l'atome « exotique » de positronium : un positron plus un électron (période de demi-vie : 100 nanosecondes).

Un positronium qui s'effondre sur lui-même

Ils ont placé de façon théorique le positronium dans un champ magnétique très élevé : celui-ci accentue l'attraction entre électron et positron. Faisant croître la valeur du champ, ils ont déterminé le seuil où le positronium s'effondre en quelque sorte sur lui-même, électron et positron s'annihilant en laissant place au vide. Hauteur de ce seuil : 1042 G.

Selon les chercheurs, le champ dans l'univers ne peut pas dépasser ce chiffre.  « C'est la valeur maximale du champ magnétique qui permet de compenser la masse au repos du positronium par la disparition du gap énergétique séparant le système électron-positron du vide » résument-ils dans la revue Physical Review Letters. Autrement dit, ce champ détermine la limite au-delà de laquelle le vide pourrait redonner naissance à un positronium à partir d'une séparation entre électron et positron, si c'était possible...

La grande surprise de cette nouvelle valeur est double. D'une part elle remet en question l'hypothèse des cordes cosmiques qui établissait le champ magnétique à leur voisinage à 1047 G. D'autre part, elle élimine la précédente limite des 1052 G, qui de toute façon avait pour inconvénient majeur de nécessiter l'existence d'objets purement hypothétiques baptisés « monopôles magnétiques »...

(1): Phys. Rev. Lett. 96 180401

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