Магнетар подтвердил квантовый эффект, предсказанный Гейзенбергом 90 лет назад

Согласно фундаментальным законам квантовой электродинамики — раздела физики, изучающего взаимодействие света и материи, — абсолютная пустота кишит «виртуальными частицами». Это призрачные пары материи и антиматерии, которые непрерывно возникают из ниоткуда и тут же уничтожают друг друга. Современная техника не может зафиксировать этот процесс напрямую.

Однако если поместить вакуум в невероятно мощное магнитное поле, виртуальные частицы выстраиваются в определенном направлении. В результате «пустое» пространство начинает преломлять свет подобно прозрачному кристаллу. Это явление называется вакуумным двулучепреломлением: световые волны с разным направлением колебаний проходят сквозь вакуум с разной скоростью.

Как удалось проверить гипотезу

Чтобы подтвердить гипотезу Гейзенберга, астрофизикам при участии специалистов из Технологического университета Суинберна (Австралия) потребовалось поле, которое в 100 миллионов раз превышает самые мощные установки в мире. На помощь пришли магнетары — редкий тип нейтронных звезд, обладающих сильнейшими магнитными полями во Вселенной.

Ученые направили космические телескопы NASA (IXPE и NICER), а также радиотелескоп Parkes в Австралии на магнетар 1E 1547.0−5408, чье магнитное поле в триллион раз сильнее земного. Удача улыбнулась астрономам: магнетар оказался повернут к Земле почти своим полюсом, что создало идеальные условия для наблюдений.

Измерив поляризацию рентгеновского и радиоизлучения (направление, в котором колеблются световые волны), исследователи обнаружили, что свет от звезды меняет свои свойства ровно так, как это должно происходить при прохождении через вакуум, «начиненный» упорядоченными виртуальными частицами.

Что это значит для науки

Результаты открытия опубликовали в журнале Nature. Исследование может стать первым прямым экспериментальным доказательством вакуумного двулучепреломления. По словам австралийского исследователя Маркуса Лоуэра, для окончательного подтверждения теории потребуется серия дополнительных наблюдений и суперкомпьютерных симуляций.

Если выводы подтвердятся, физики, наконец, подтвердят 90-летнюю гипотезу Гейзенберга и получат новый инструмент для изучения устройства нашей Вселенной.