Les singularités jouent un rôle intéressant en physique et se présentent sous de nombreuses formes différentes, des plus difficiles sur le plan mathématique et philosophique aux plus banales. En tant qu’endroit où la physique s’effondre dans un trou noir, les scientifiques ont le sentiment que tout peut arriver à une singularité. D’où la question suivante : existe-t-il des objets qu’ils pourraient déposer dans une singularité et dont les propriétés fondamentales pourraient être effacées de manière absolue ? Dans un nouvel article, une équipe de physiciens théoriciens du Royaume-Uni examine la conservation de la charge électrique.
Gratus et al. ont proposé un moyen pour que les singularités puissent violer la loi de la conservation de la charge. Crédit image : Sci-News.com.
“‘La physique se brise à une singularité’ est l’une des déclarations les plus célèbres de la pop-physique”, a déclaré le professeur Martin McCall, chercheur au département de physique de l’Imperial College de Londres.
“Mais en montrant comment cela pourrait réellement se produire, nous nous attaquons à l’une des lois les plus chères de la physique : la conservation de la charge.”
La conservation de la charge dit que la charge électrique totale de tout système isolé – y compris l’Univers dans son ensemble – ne change jamais.
Cela signifie que si des particules chargées négativement ou positivement entrent dans une zone, la même quantité de particules chargées respectivement doit en sortir.
Cela a été démontré à la plus petite échelle : lorsque différentes particules sont créées ou éliminées dans des expériences telles que le grand collisionneur de hadrons du CERN, la même quantité de particules chargées négativement et positivement est toujours produite ou détruite, respectivement.
En modifiant les équations de la physique classique pour inclure les axions, un candidat pour les particules de matière noire, le professeur McCall et ses collègues ont pu montrer que les singularités temporaires – comme les trous noirs qui apparaissent puis s’évaporent – pouvaient détruire la charge lorsqu’elles arrivent en fin de vie.
Les propriétés prédites des axions pourraient former un champ qui interagirait avec le type de champs que les physiciens connaissent depuis des siècles – les champs électromagnétiques, qui sont décrits par un ensemble d’équations appelées équations de Maxwell.
En utilisant une branche des mathématiques appelée géométrie différentielle, les chercheurs ont découvert comment créer ou détruire une charge, en violant la conservation de la charge dans l’Univers.
On peut imaginer créer une “bombe d’axion” qui retient la charge en combinant des champs d’axion et des champs magnétiques couplés, puis la laisser tomber dans un trou noir qui s’évapore”, a déclaré Jonathan Gratus, chercheur au département de physique de l’université de Lancaster et à l’Institut Cockcroft.
“Lorsque la construction se rétrécit et disparaît dans la singularité, elle emporte avec elle une charge électrique. C’est la combinaison d’une singularité temporaire et d’un type de champ d’axion nouvellement proposé qui est cruciale pour son succès.”
“Il y a aussi des implications philosophiques”, a ajouté le Dr Paul Kinsler, chercheur au département de physique de l’université de Lancaster, au département de physique de l’Imperial College London et à l’Institut Cockcroft.
“Bien que les gens aiment souvent dire que ‘la physique s’effondre’, nous montrons ici que, même si des phénomènes exotiques peuvent se produire, ce qui se passe réellement est néanmoins contraint par les lois de la physique encore en vigueur autour de la singularité.”
L’article de l’équipe a été publié dans la revue Annalen der Physik.
