Открито е най-убедителното доказателство досега за едно от най-странните предсказания на квантовата механика: че дори привидно празното пространство може да повлияе на пътя на светлината. Това явлението е предсказано преди близо 90 години от Вернер Хайзенберг, един от пионерите на квантовата механика. Неговата работа предполага, че перфектният вакуум не е съвсем празен, а би трябвало да съдържа "виртуални частици", които се появяват и изчезват за кратко. Изследователи са проучили това дългогодишно квантово явление, наблюдавайки магнетар - рядък вид неутронна звезда, която има най-силните магнитни полета във Вселената.
Техните наблюдения биха могли да бъдат първото откриване на вакуумно двойно пречупване в изключително мощното магнитно поле на магнетар. Ако бъде потвърден, този резултат ще предостави на учените нов начин за изучаване на квантовата вселена.
Изследването е публикувано в списание Nature.
90-годишната загадка: Как екстремните магнитни полета могат да променят светлината
През 1936 г. Вернер Хайзенберг и Ханс Ойлер предсказват, че перфектният вакуум всъщност не е напълно празен. Според квантовата електродинамика, той гъмжи от така наречените "виртуални частици". Те представляват двойки - частица и нейната античастица - които постоянно се появяват и изчезват, взаимно анихилирайки се.
Когато през този вакуум премине изключително мощно магнитно поле, виртуалните частици се подреждат по неговата посока. Това кара вакуума да действа като кристална призма, която разделя и пречупва светлината в зависимост от нейната поляризация. Феноменът, наречен "двойно пречупване във вакуум", е невъзможно да се наблюдава на Земята, където няма възможност да се създаде толкова мощно магнитно поле, теорията остава недоказана в продължение на почти век.
Магнетарите предоставят рядка възможност за търсене на този ефект, тъй като техните магнитни полета са достатъчно силни, че предсказаното квантово поведение става потенциално наблюдаемо.
Хало от разсейване на рентгенови лъчи около магнетара 1E 1547.0-5408, засечено от спътника Swift на 22 януари 2009 г. Кредит: J. Halpern/Swift
Наблюдението на магнетара 1E 1547.0-5408
Международен изследователски екип изучава магнетара 1E 1547.0-5408 (или 1E1547), използвайки рентгеновата обсерватория Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) на НАСА. Наблюденията са подкрепени от рентгеновия телескоп NICER на борда на Международната космическа станция и радиотелескопа Murriyang (обсерватория Parkes), управляван от CSIRO, националната научна агенция на Австралия.
Радионаблюденията, събрани с помощта на Murriyang и анализирани на суперкомпютъра Ngarrgu Tindebeek в Суинбърн, помогнаха на изследователите да проучат възможното първо директно откриване на този предварително теоретизиран квантов феномен.
Въпреки че двойното пречупване във вакуум е било предсказано през 30-те години на миналия век, учените все още не са получили окончателно потвърждение, отбелязва д-р Маркъс Лоуър (Marcus Lower) от Технологичния университет Суинбърн.
"Откриването на вакуумно двойно пречупване изисква магнитно поле, повече от 100 милиона пъти по-силно от всяко, което някога сме създавали на Земята. За щастие, природата ни е предоставила магнетари - перфектните космически лаборатории за търсене на този ефект", посочва д-р Лоуър.
Магнетар с идеална геометрия на наблюдение
Изследователите внимателно наблюдават как посоката на радиовълните (тяхното "състояние на поляризация"), излъчвани от магнетара, се променя с въртенето на звездата. Въз основа на тези измервания те определят, че магнитната и ротационната ос на 1E 1547 са почти подравнени. Магнетарът се наблюдава и от почти полюса.
Заедно тези характеристики дават на учените необичайно благоприятна гледна точка за търсене на двойно пречупване във вакуум около 1E 1547.
След това екипът открива две важни улики, сочещи към квантов ефект. Рентгеновите лъчи, генерирани от магнетара и засечени от IXPE, показват изключително високи нива на поляризация. Освен това, посоката на тази поляризация е в съответствие с магнитното поле на 1E1547, точно както се наблюдава при радионаблюдения.
"Силата на магнитното поле кара виртуалните частици на Хайзенберг да се подравнят с посоките на полето", обяснява д-р Лоуър. "Чрез внимателно наблюдение на посоката на трептенията на радиовълните и рентгеновите лъчи, докато магнетарът се върти, екипът установява, че подравняването на магнитните и ротационните полюси на 1E1547 е идеално за откриване на двойно пречупване във вакуум."
Какво откриха учените?
При анализа на рентгеновите лъчи и радиовълните, излъчвани от въртящата се неутронна звезда, астрономите забелязват, че поляризацията на рентгеновото лъчение достига екстремните 80%.
Светлината се изменя по специфичен начин, който не може да бъде обяснен с обикновени физични модели на звездната повърхност. Единственото логично обяснение е, че светлината се усуква и пречупва, докато преминава през квантовия вакуум около магнетара - точно както го е предсказал Хайзенберг.
Приближаваме се до разрешаването на 90-годишна квантова мистерия
Ако интерпретацията бъде потвърдена, резултатът би могъл да помогне на физиците да проверят как установените теории на квантовата физика се държат при някои от най-екстремните условия, открити във Вселената.
Д-р Лоуър смята, че допълнителни наблюдения и по-сложни компютърни симулации биха могли да помогнат да се установи дали сигналът наистина се дължи на вакуумно двойно пречупване. Тези подобрения би трябвало да улеснят изследователите в разграничаването на прогнозираната квантова сигнатура от други физически процеси, протичащи около магнетарите.
"С тези бъдещи данни и нашите актуализирани симулации, може би най-накрая ще можем да завършим търсенето, което Хайзенберг започна преди почти 90 години.
Справка: Rachael E. Stewart et al, Vacuum birefringence and the polarized X-ray emission from a radio magnetar, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10859-z
Източник: Rare ultra-magnetic star may be key to solving 90-year old quantum cold case, Swinburne University of Technology
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Ще спре ли смъртта на момиче китайския възход в генното редактиране
dolivo
Колко бързо става квантовото вплитане? Учени го изследват в атосекунден мащаб
Bai Tanas
Защо бамята е толкова слузеста?
БотоксПутю
В скална формация на Марс е открит органичен въглерод