Исследователи из университета Свинберн могут подтвердить один из самых причудливых аспектов квантовой механики: будто бы пустое пространство может изменять поведение света. Принцип вакуумного бирефракционного эффекта, впервые предсказанный Вернером Гейзенбергом почти девяносто лет назад, утверждает, что даже идеальный вакуум должен быть заполнен «виртуальными частицами», которые быстро появляются и исчезают. Несмотря на все знания, полученные учеными из ядерной физики с 30-х годов прошлого века, этот эффект оставался неподтвержденным до сих пор.
Открытие в космической лаборатории
Команда ученых смогла подтвердить эту теорию, изучив свойства магнитара — редкого типа нейтронной звезды с самыми мощными магнитными полями во Вселенной. Их результаты могут открыть новые горизонты для исследователей, занимающихся изучением квантового мира. Среди исследователей — ученые из Центра космических наук и технологий, Южноафриканской радионаучной обсерватории (SARAO), Лос-Аламосской национальной лаборатории, Центра полетов NASA имени Маршалла, Центра исследований и изучения космических наук и технологий (CRESST), а также астрофизического научного отдела NASA в Центре космических полетов Годдарда и университетов по всему миру. Ведущей изучения является Рэйчел Э. Стюарт, аспирант физики в Университете Джорджа Вашингтона, чья работа недавно была опубликована в журнале Nature.
Учёные предсказали, что в условиях экстремально мощного магнитного поля море виртуальных частиц Гейзенберга будет преломлять свет определённым образом, вызывая вакуумное бирефракционное поведение. Однако единственные магнитные поля, обладающие достаточной мощностью, чтобы этот квантовый эффект стал видимым, встречаются только у магнитаров. Доктор Маркус Ловер, исследователь австралийского научного совета DECRA из Центра астрофизики и суперкомпьютерных исследований в Университете Свинберн, отмечает, что «для обнаружения вакуумного бирефракционного эффекта требуется магнитное поле, превышающее в 100 миллионов раз самое мощное, созданное на Земле».
Исследование магнитара 1E 1547.0–5408
В этом исследовании наблюдения за магнитаром 1E 1547.0–5408 (1E1547) проводились с помощью радиотелескопа Муррианг (Parkes) CSIRO. Данные были дополнены результатами наблюдений от NASA, включая Имиджирующий рентгеновский поляриметрический исследователь (IXPE) и рентгеновский телескоп NICER на Международной космической станции. Во время наблюдения за радиоизлучениями 1E1547 команда отслеживала направление их колебаний (так называемое «состояние поляризации») по мере вращения магнитара. Это позволило выяснить, что его магнитные и вращательные оси почти совпадают и что он видим почти «с полюса». Эта магнитная и обзорная геометрия делает 1E 1547 идеальным объектом для поиска вакуумного бирефракционного эффекта.
Команда обнаружила, что рентгеновские лучи, производимые магнитаром и регистрируемые прибором IXPE, имели крайне высокую поляризацию, а направление поляризации совпадало с магнитным полем 1E 1547, что служит индикатором вакуумного бирефракционного эффекта. «Из-за силы магнитного поля виртуальные частицы Гейзенберга становятся выровненными в соответствии с направлением поля. Внимательно отслеживая направление колебаний радио- и рентгеновских лучей, мы поняли, что согласование магнитных и вращательных полюсов 1E1547 было идеальным для обнаружения вакуумного бирефракционного эффекта», — добавляет доктор Ловер.
В будущем результаты могут быть уточнены с помощью дополнительных данных и улучшенных компьютерных симуляций, что позволит отличить признаки вакуумного бирефракционного эффекта от других процессов. Если находки будут подтверждены, это станет шагом к более глубокому пониманию квантовой физики в самых экстремальных условиях нашей Вселенной.
Мнение SpaceDiscover
Открытие вакуумного бирефракционного эффекта подчеркивает, насколько важным является изучение квантовых явлений в космической среде. Используя такие мощные природные лаборатории, как магнитары, ученые могут проверить теории, созидание которых началось почти столетие назад. Это открытие не только укрепляет наши знания о квантовой механике, но и открывает новые пути в исследованиях, возможно, приближая нас к разгадке многих загадок мироздания.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
