La biréfringence sous vide est un phénomène quantique très inhabituel qui n'a été observé qu'au niveau atomique. En théorie, cela peut se produire, par exemple, à proximité d'étoiles à neutrons. En raison de la présence de champs magnétiques très puissants, des régions où la matière apparaît et disparaît peuvent apparaître de manière chaotique à proximité de ces étoiles.
Dans les années 1930, les physiciens allemands Werner Heisenberg et Hans Heinrich Oyler ont développé la théorie selon laquelle un vide magnétisé pouvait se comporter comme un prisme par rapport à la lumière qui le traversait.
Plus récemment, des scientifiques de l'Institut national italien d'astrophysique et de l'Université de Zelenogur (Pologne) ont été témoins de cette propriété de vide inhabituelle. À l'aide du Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral, des scientifiques dirigés par Roberto Mignani ont observé l'étoile RX J1856.5-3754, située à 400 années-lumière.
Les étoiles à neutrons sont généralement très compactes, mais des dizaines de fois plus massives que notre Soleil. Pour cette raison, ils ont des champs magnétiques très puissants. Un vide dans son état normal (du moins selon Einstein et Newton) ne se manifeste d'aucune manière et la lumière peut se propager à travers lui sans aucun changement. Cependant, selon l'électrodynamique quantique (QED), l'espace est rempli de particules virtuelles apparaissant et disparaissant à l'infini. Des champs magnétiques très puissants, tels que ceux que l'on trouve couramment à proximité des étoiles à neutrons, peuvent modifier les propriétés de l'espace.
À l'aide du nouvel équipement du très grand télescope chilien, les chercheurs ont pu observer une étoile à neutrons dans le spectre visible, repoussant ainsi les limites de la technologie d'observation existante.
Une étude de l'étoile RX J1856.5-375 a montré un niveau significatif de polarisation linéaire (16%), que les scientifiques ont interprété comme une conséquence de l'effet de la biréfringence sous vide.
«Le haut niveau de polarisation que nous avons observé avec le VLT est très difficile à expliquer avec nos modèles actuels, à moins que nous ne parlions de l'effet de la biréfringence sous vide prédite il y a 80 ans par l'électrodynamique quantique», explique Mignani.
Grâce à des télescopes futurs et plus puissants, a déclaré Mignani, les scientifiques pourront en savoir plus sur cet effet quantique inhabituel en observant d'autres étoiles à neutrons.
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"Les mesures des niveaux de polarisation à l'aide de télescopes de nouvelle génération, par exemple le même télescope européen extrême large (EELT) de l'ESO, peuvent jouer un rôle clé dans le test des prédictions de l'électrodynamique quantique dans la question des effets de biréfringence du vide près de la plupart des étoiles à neutrons", note le scientifique.
«C'est la première fois que cette recherche est effectuée dans le spectre visible. D'autres observations peuvent également être effectuées dans la gamme de longueurs d'onde des rayons X », ajoute le chercheur Kinwa Wu.
NIKOLAY KHIZHNYAK
