La lumière parcourt une pièce, se reflète sur les miroirs et les murs. Le vide entre eux semble parfaitement neutre : il ne gêne pas le rayon, ne courbe pas son trajet. Mais que se passerait-il si, dans les fondements les plus profonds du monde, le vide était plus complexe ? Les physiciens soupçonnent depuis longtemps que la symétrie de l'espace pourrait être brisée à des échelles minuscules — et alors la lumière se comporterait différemment.
Dans ces nouveaux travaux, les scientifiques ont calculé comment de telles brisures modifient les lois de l'électromagnétisme. Ils ont pris les équations qui décrivent les électrons et les photons, et y ont ajouté une légère « courbure » du fond — une brisure de symétrie qui dépend du point de l'espace. Il s'avère que le vide commence à se comporter comme un milieu non homogène : à certains endroits, la lumière accélère ; à d'autres, elle ralentit. De plus, les ondes peuvent échanger de l'énergie avec ce fond — s'amplifier ou s'atténuer, comme le son par temps venteux.
Les termes dits « de type axion » ont suscité un intérêt particulier. L'axion est une particule hypothétique que les expérimentateurs recherchent, mais ici il s'agit de structures mathématiques qui rappellent les propriétés de matériaux spéciaux — les semimétaux de Weyl. Dans ces cristaux, les électrons se comportent comme si l'espace était courbé pour eux, et des effets similaires pourraient apparaître dans le vide lorsque la symétrie est brisée.
Les calculs ont montré que pour certaines combinaisons de paramètres, le théorème de Furry est violé — une règle qui interdit certains processus impliquant des photons. Cela concorde avec des calculs antérieurs et signifie que, dans de telles conditions, le vide pourrait générer de nouveaux types d'interactions lumineuses. Conséquence pratique : si des régions à symétrie brisée existent dans l'espace, la lumière d'étoiles lointaines pourrait nous parvenir déformée, et cela pourrait être détecté par les télescopes.
En fin de compte, ces travaux montrent que le vide n'est pas une boîte vide, mais un milieu complexe avec ses propres propriétés. La brisure de symétrie le rend semblable à un verre à densité variable, et la lumière qui le traverse révèle la structure cachée de l'univers.
Les semimétaux de Weyl sont de véritables cristaux dans lesquels les électrons se déplacent comme s'ils avaient une masse nulle, à l'instar de la lumière. Ils ont été découverts en 2015 et sont devenus un terrain d'essai pour des idées nées en physique des particules.
Dans le roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », un univers est décrit où les lois de la physique varient d'un point à l'autre — et les voyageurs doivent en tenir compte pour survivre.